THÈSE présentée par :

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1 UNIVERSITÉ DU HAVRE ÉCOLE DOCTORALE Sciences Physiques, Mathématiques et de l'information pour l'ingénieur (SPMII) Laboratoire LMAH THÈSE présentée par : Abderaouf BENGHALIA soutenue publiquement le : 16 Octobre 2015 pour obtenir le grade de : Docteur de l université du Havre Discipline/ Spécialité : Informatique/ Génie logiciel MODÉLISATION ET ÉVALUATION DE LA PERFORMANCE DES TERMINAUX PORTUAIRES MEMBRES DU JURY : Président : M. Hugues MOLET Professeur, Mines ParisTech Rapporteurs : M. Kokou YETONGNON Professeur, Université de Bourgogne M. Djamal BENSLIMANE Professeur, Université Claude Bernard Lyon 1 Examinateur : M. Jean-François EMERY Chargé de mission Recherche et Innovation, GPMH Directeur de thèse : M. Jaouad BOUKACHOUR Maître de conférences HDR, Université du Havre Co-encadrante de thèse : Mme. Dalila BOUDEBOUS Maître de conférences, Université du Havre

2 Dédicace : à mes chers parents 2

3 Remerciements Je tiens à exprimer toute ma reconnaissance à Monsieur Kokou YETONGNON Professeur à l'université de Bourgogne, et à Monsieur Djamal BENSLIMANE, Professeur à l'université Claude Bernard Lyon 1, d avoir accepté de rapporter cette thèse et pour leurs remarques qui ont permis d améliorer la qualité de ce manuscrit. Toute ma gratitude s adresse à Monsieur Hugues MOLET, Professeur à l Ecole Nationale Supérieure des Mines de Paris, d avoir accepté d examiner mon travail et présider le jury. Mes sincères remerciements vont à Monsieur Jean François EMERY, Chargé de mission recherche et innovation au Grand Port Maritime du Havre pour sa collaboration, pour les discussions enrichissantes que nous avons pu avoir, et pour avoir accepté d examiner cette thèse. J adresse mes plus vifs remerciements à mes encadreurs Monsieur Jaouad BOUKACHOUR, directeur de thèse, Maître de conférences HDR à l université du Havre et Madame Dalila BOUDEBOUS, co-encadrante de la thèse, Maître de conférences à l Université du Havre. Je leurs témoigne ma gratitude et ma profonde reconnaissance pour leur soutien, leur disponibilité, leurs précieux conseils et leur suivi permanents. Je tiens également à adresser mes plus vifs remerciements à mes collègues pour leurs collaborations et les bons moments que nous avons passés ensemble dans une ambiance assez chaleureuse. Je remercie mon père pour les différentes remarques, suggestions et pour son soutien, accompagnement et sacrifices tout au long de mes années d'études. Merci à ma mère pour sa tendresse, son attention et ses encouragements. Je tiens à remercier très chaleureusement mon frère et mes sœurs pour leur soutien moral et l'intérêt qu'ils ont toujours porté à ce que je faisais et qui même à distance n ont cessé de m encourager. Je souhaite remercier tout particulièrement ma femme pour sa présence inestimable, ses encouragements et qui a partagé mes doutes et mes joies. Un grand merci à tous les membres de ma famille, mes amis et une pensée à tous ceux qui me sont chers et qui ne sont plus parmi nous. 3

4 Table des matières Table des matières... 4 Liste des tableaux... 7 Liste des figures... 8 CHAPITRE I : INTRODUCTION GÉNÉRALE CHAPITRE II : LA CHAINE LOGISTIQUE PORTUAIRE INTRODUCTION LA CHAINE LOGISTIQUE La chaîne logistique portuaire Les processus de la chaîne logistique portuaire LES FLUX DE LA CHAINE LOGISTIQUE Pilotage de flux GESTION DE LA CHAINE LOGISTIQUE PORTUAIRE LES TROIS REVOLUTIONS UN TERMINAL À CONTENEURS Les différentes zones d un terminal à conteneurs LE TRANSPORT MARITIME, LE TRANSPORT MASSIFIÉ ET LA MULTIMODALITE Transport routier Transport maritime ou fluvial Transport ferroviaire vers un mode multimodal CONTEXTE ET TERRAIN D ÉTUDE : PORT DU HAVRE Le terminal Multimodal du Havre Les projets ESSIMAS et DCAS Objectifs CONCLUSION CHAPITRE III : PROBLÈMES PORTUAIRES ET APPROCHES DE RÉSOLUTION INTRODUCTION PROBLÈMES PORTUAIRES Problèmes liés à la zone à quai Allocation des postes à quai Arrimage de conteneurs Ordonnancement des grues de quais

5 2.2. Problèmes liés à la cour Ordonnancement des grues de la zone de stockage Problème de Stockage de Conteneurs Ordonnancement des véhicules de transfert interne des conteneurs APPROCHES DE RÉSOLUTION Optimisation mathématique Simulation La simulation à événements discrets et simulation continue La simulation Multi Agent Choix de l approche de résolution CONCLUSION CHAPITRE IV : ÉVALUATION DE LA PERFORMANCE ET CONTRIBUTION INTRODUCTION REVUE DE LITTÉRATURE La notion de performance Rôle et importance des indicateurs de performance Mesure de performance Évaluation de la performance MÉTHODES POUR LA MESURE ET L'ÉVALUATION DE LA PERFORMANCE Triplet efficacité / efficience / pertinence La méthode ABC/ABM : L Activity Based Costing et l Activity Based Management Le modèle BSC : Balanced ScoreCard Le modèle SCOR : Supply Chain Operation Reference modele La méthode ECOGRAI La méthode GRAI (Graphe à Résultats et Activités Inter-reliés) NOTRE DÉMARCHE ECOGRAISIM Limites d'ecograi et contribution CONCLUSION CHAPITRE V : ECOGRAISIM : MODÉLISATION ET ÉVALUATION DE LA PERFORMANCE DU PORT DU HAVRE INTRODUCTION NOTRE CONTRIBUTION D ÉVALUATION DE LA PERFORMANCE ECOGRAISIM POUR LE CAS DU PORT DU HAVRE Schéma logistique actuel au port du Havre Schéma logistique futur

6 3.3. Grille GRAI pour le nouveau schéma logistique du port du Havre Objectifs, Variables de décision et Indicateurs de performance Modélisation UML des activités du nouveau schéma logistique du port du Havre Diagramme de cas d'utilisation Diagrammes de classe Objets de gestion et de coordination Diagrammes de séquence CONTRIBUTION À L AMÉLIORATION DE L'ÉVALUATION DE LA PERFORMANCE CONCLUSION CHAPITRE VI : SIMULATION DE TRANSFERT FERROVIAIRE DE CONTENEURS INTRODUCTION PÉRIMÈTRE DE L'ÉTUDE ET ENJEUX DÉVELOPPEMENT DU SYSTÈME DE SIMULATION Présentation de FLEXSIM Présentation de la bibliothèque Rail API Implémentation SCÉNARIOS DE SIMULATION Modes de transfert Massifié/Planifié Mode de transfert Optimisé Résultats numériques du mode optimisé MODE OPTIMISÉ : PRISE EN COMPTE DE TOUS LES TERMINAUX VALIDATION DU MODÈLE CONCLUSION CHAPITRE VII : CONCLUSION GÉNÉRALE ET PERSPECTIVES CONCLUSION GÉNÉRALE ET PERSPECTIVES Bibliographie Résumé Abstract

7 Liste des tableaux Tableau II.1: Comparaison entre les modes de transport Tableau II.2: Trafic du port du Havre Tableau III.1. Classification des travaux sur les terminaux à conteneurs Tableau IV.1. Quelques avantages et limites des méthodes (ABC/ABM, BSC, SCOR, ECOGRAI) Tableau V.1. Tableau introductif Tableau V.2.Tableau des indicateurs de performance Tableau VI.1.Outils de simulation Tableau VI.2. Rapport d'état pour le mode planifié Tableau VI.3.Rapport d'état pour le mode massifié Tableau VI.4. Résultats de la méthode d optimisation Tableau VI.5. Récapitulatif de l analyse des instances

8 Liste des figures Figure II.1 : Représentation de la communauté portuaire Figure II.2 : Les processus de la chaîne portuaire Figure II.3 : Représentation des flux dans la chaîne logistique Figure II.4 : Niveaux de décisions de la chaîne logistique portuaire Figure II.5 : Trafic Mondial de conteneurs Figure II.6 : Exemple d'un terminal à conteneurs Figure II.7 : Différents équipements de transfert de conteneurs dans un terminal à conteneurs Figure II.8 : Les processus d'import et d'export des conteneurs dans un terminal Figure II.9 : Les processus dans un terminal à conteneurs Figure II.10 : Port du Havre Figure II.11 : Parts modales pour le trafic des conteneurs dans le rang Nord. (2013) Figure II.12 : Plan du Port du Havre Figure III.1. Exemple : Affectation des navires à des postes à quai d un terminal à conteneurs Figure III.2. Allocation des postes d amarrage Figure III.3. Portique de parc Figure III.4. Classification des méthodes d optimisation Figure III.5. Les étapes nécessaires pour la conduite d une simulation Figure IV.1. Chronologie des principales démarches pour le pilotage par la performance Figure IV.2. Démarche d évaluation de la performance Figure IV.3.Triangle : Objectif, Moyen, Résultat Figure IV.4.Le modèle SCOR Figure IV.5.Grille Grai Figure IV.6.ECOGRAI et ECOGRAISIM Figure V.1. Schéma logistique actuel Figure V.2. Nouveau schéma logistique Figure V.3. GRAI pour les enjeux du projet du terminal multimodal Figure V.4. GRAI pour l'exploitation du terminal multimodal Figure V.5.Diagramme de cas d utilisation Figure V.6. Les packages du diagramme de classe Figure V.7. Diagrammes de classe réalisés

9 Figure V.8. Des classes du package Technologie Figure V.9. Extrait du diagramme Inter relation Figure V.10. Prototype du diagramme de classes «Relation externes» Figure V.11. Objets de gestion au niveau du terminal multimodal Figure V.12. Objets de gestion au niveau du terminal port Figure V.13. Diagramme de séquence «Mission import de TDF vers le terminal multimodal» Figure VI.1. Plan du port du Havre Figure VI.2. Processus de transfert de conteneurs Figure VI.3. Schéma explicatif Figure VI.4. Captures d écran de notre simulation Figure VI.5.Taux d occupation des engins de manutention (mode planifié) Figure VI.6. Taux d occupation des engins de manutention (mode massifié) Figure VI.7. Couplage optimisation/simulation Figure VI.8. Schéma de circulation en Noria Figure VI.9. Circulation en mode de transfert optimisé Figure VI.10. Circulation en mode de transfert massifié Figure VI.11. Circulation en mode de transfert planifié Figure VI.12. Interface graphique Figure VI.13. Nombre de conteneurs en fin de journée pour le scénario Figure VI.14. Nombre de conteneurs en fin de journée pour le scénario Figure VI.15. Taux d'utilisation des deux portiques ferroviaires du terminal multimodal pour le scénario Figure VI.16. Taux d'utilisation des deux portiques ferroviaires du terminal multimodal pour le scénario Figure VI.17. Taux de déplacement des deux portiques ferroviaires du terminal multimodal pour le scénario Figure VI.18. Taux de déplacement des deux portiques ferroviaires du terminal multimodal pour le scénario

10 CHAPITRE I : INTRODUCTION GÉNÉRALE

11 Chapitre I : Introduction Générale Durant ces dernières années, les marchés ont fortement évolué et sont devenus concurrentiels. De nouvelles contraintes sont apparues avec l offre qui est devenue supérieure à la demande nécessitant une maîtrise des différents aspects de performance. Pour se démarquer de la concurrence, les entreprises cherchent à apporter de meilleures réponses à leurs clients, ne cessant de faire évoluer leurs produits sans négliger la qualité de leurs services. En outre, la conception du système de fonctionnement d une entreprise doit assurer que les investissements adaptés à la production actuelle restent adaptés aux besoins de sa production de demain. Pour ceci, et compte tenu de l évolution des marchés, de nombreux travaux identifient le problème de conception et d acquisition de biens technologiques comme une décision de première importance. Il s'agit non seulement d'investir initialement dans l installation et la mise en œuvre d une organisation industrielle, mais également tout au long de son cycle de vie. Par ailleurs, étant donné qu une chaîne logistique est un réseau d entreprises traversé par différents types de flux, son pilotage et l évaluation de sa performance demeurent donc des tâches difficiles, conditionnées par la nature et la diversité des flux. La chaîne logistique portuaire est un maillon très sensible au sein d une chaîne logistique globale. En effet, dans le domaine maritime, il est essentiel de respecter les délais de livraison et de réduire les coûts des différentes opérations de manutention et de transfert de conteneurs, en tenant en compte de la productivité du port. L amélioration de la performance d un port est souvent un enjeu très important, notamment en raison des coûts considérables inhérents à sa gestion. Un terminal maritime à conteneurs est un système complexe où la manutention et le transport de conteneurs jouent un rôle crucial. Sa performance dépend de la pertinence des décisions, tant au niveau stratégique et tactique qu opérationnel. A chaque niveau, plusieurs problèmes se dégagent, tels que l ordonnancement des équipements de manutention, l affectation des navires aux quais ou l optimisation des espaces de stockage. Les gestionnaires font face donc à de nombreux défis de prise de décision au niveau des quatre zones, à savoir : l interface maritime, la zone de transfert interne, la zone de stockage, et l interface terrestre. La complexité est liée à de nombreuses variables de décision et de contraintes, aux objectifs contradictoires, aux incertitudes et aux informations peu fiables. Face au flux croissant de conteneurs, aux contraintes de compétitivité de plus en plus rigoureuses, à l augmentation remarquable de la capacité des porte-conteneurs, à la congestion qui en résulte et au coût d exploitation accru des porte-conteneurs, tout terminal à conteneurs doit assurer sa croissance et sa rentabilité, tout en sachant maîtriser ses impacts 11

12 Chapitre I : Introduction Générale environnementaux. Par ailleurs, faute d augmenter l espace et le nombre de ressources des terminaux, il reste à adapter le flux aux moyens existants et à améliorer la fluidité du flux. Dans ce contexte, pour y répondre, l autorité portuaire du Havre a entrepris la construction d un terminal multimodal. En effet, Le Havre bénéficie d une situation géographique privilégiée à l entrée du range nord-ouest de l Europe et irrigue les marchés parisien, français et européen. Cette position stratégique fait du port du Havre le premier port français pour le commerce extérieur. Il est le premier port en France en termes de trafic conteneurisé avec plus de 2.5 millions d EVP en Le projet multimodal est l un des projets majeurs du Grand Port Maritime du Havre (GPMH). L objectif est d augmenter la part modale des transports massifiés qui est très en retrait en France par rapport aux ports concurrents du nord de l Europe (Rotterdam, Hambourg, etc.). D un point de vue écologique, le but est de diminuer le trafic routier en utilisant plus le transport ferroviaire et fluvial. Le transfert de conteneurs entre les terminaux maritimes et le terminal multimodal du Havre est assuré par des navettes ferroviaires. Ce transfert de conteneurs est un facteur clé de la compétitivité du port du Havre. Cette nouvelle configuration du port du Havre nécessite d organiser des tournées de navettes ferroviaires afin de transférer les conteneurs entre les terminaux maritimes et le futur terminal multimodal. Cette organisation de terminaux à conteneurs et de réseaux de transfert constitue la chaîne logistique portuaire avec des problèmes de gestion des ressources et des risques sécuritaires au niveau des processus de réception, de manutention et de livraison. Cette thèse s inscrit dans le cadre de deux projets ESSIMAS (Evaluation par Simulation de Solutions Innovantes pour le développement du transport Massifié sur l'axe Seine par coupons ferroviaires électriques) et DCAS (Direct Cargo Axe Seine) portés par le GPMH. Nos recherches traitent de l'évaluation de la performance des terminaux portuaires, plus particulièrement, des processus de manutention et de transfert massifié des conteneurs par des navettes ferroviaires entre le terminal multimodal et les terminaux maritimes du port du Havre. L enjeu principal consiste à améliorer la fluidité des conteneurs et à déterminer le mode de transfert des conteneurs le plus performant en termes de taux de service, du nombre de wagons des navettes, du nombre de locomotives, du volume de CO 2 et du nombre d allerretour des navettes. Les processus de transfert et de manutention des conteneurs sur le domaine portuaire ont été modélisés en UML. 12

13 Chapitre I : Introduction Générale Nous avons d abord simulé et évalué la performance de deux modes d exploitation : le mode planifié qui respecte les dates de livraison des conteneurs et le mode massifié qui respecte les taux de remplissage fixés. Ces deux modes nécessitent l utilisation de plusieurs ressources, entre autres, le nombre de locomotives qui sont très coûteuses. Pour pallier cet inconvénient, un mode d exploitation optimisé a été adopté. Il est basé sur une approche d optimisation et de simulation dans laquelle les variables de décision de la simulation sont déterminées par l optimisation. L objectif est, d une part, de dimensionner les navettes, c'est-à-dire, minimiser le nombre de wagons nécessaires à la composition des navettes, et d autre part, de minimiser le nombre de tournées des navettes et le nombre de locomotives. Pour évaluer ces modes d exploitation, nous nous intéressons à la performance opérationnelle. Le choix des indicateurs de performance ne doit pas se faire à la légère, mais plutôt d une manière pertinente suivant une démarche structurée. Il est alors nécessaire d avoir une approche et des outils méthodologiques adéquats. Dans ce contexte, nous avons proposé une méthode pratique qui permet dans un premier temps, de modéliser une chaîne logistique. Ensuite, d identifier les indicateurs appropriés à chaque niveau pour l évaluation de la performance. En nous appuyant sur la méthode ECOGRAI, nous avons proposé une démarche, dénommée ECOGRAISIM, qui consiste à modéliser le fonctionnement des activités, de préciser l organisation des processus afin de déterminer les indicateurs de performance et enfin, d utiliser la simulation pour évaluer les modes d exploitation en se référant aux indicateurs de performance obtenus. Ce mémoire s articule autour de sept chapitres : Dans le premier chapitre, nous décrivons le cadre général de nos travaux de recherche. Après avoir décrit le contexte, nous précisons notre problématique générale, nos objectifs et notre démarche. Dans le deuxième chapitre, nous introduisons, des notions concernant la chaîne logistique portuaire et les concepts de sa gestion. Nous définissons les différents composants de la chaîne logistique et nous présentons les différents types de flux échangés entre les maillons de la chaîne. Nous présentons également des informations générales sur les enjeux du transport conteneurisé maritime, dont le but est d améliorer la productivité et les performances des activités portuaires. Une telle analyse fournit les éléments nécessaires à la formulation, et à la compréhension de notre problématique. 13

14 Chapitre I : Introduction Générale À la fin de ce deuxième chapitre, nous décrivons le contexte de notre étude en nous focalisant sur les problèmes liés à la gestion des terminaux à conteneurs du port du Havre. Le troisième chapitre, comporte deux parties. Dans la première partie, les principaux problèmes des terminaux à conteneurs connus dans la littérature sont exposés. Quant à la deuxième partie, elle présente les différentes méthodes et approches de résolution ainsi qu une étude comparative des travaux d optimisation et de simulation. L objectif est d avoir une vue générale sur les méthodes de résolution afin de préciser celle qui sera utilisée dans la suite de ce travail. Dans le quatrième chapitre, nous nous focalisons sur l évaluation de la performance des chaînes logistiques portuairesen utilisant la simulation. Notre objectif consiste, tout d abord, à proposer une démarche permettant de déterminer les indicateurs de performance que nous allons mesurer. Pour ceci, un état de l art sur la performance et sur les outils d évaluation de celle-ci est présenté. À partir de ces éléments, une démarche d aide à la détermination d indicateurs de performance, ECOGRAISIM, a été proposée pour le pilotage des chaînes logistiques portuaires. Dans le cinquième chapitre, nous présentons d abord notre première contribution ECOGRAISIM, qui combine la méthode ECOGRAI et la simulation afin de déterminer et de mesurer les indicateurs de performance. ECOGRAISIM offre une étape supplémentaire qui consiste à montrer efficacement comment peut-on agir sur le système à évaluer. Ensuite, nous présentons notre deuxième contribution, une modélisation orientée objet du nouveau schéma logistique du port du Havre en utilisant le langage UML. Nous précisons également notre contribution concernant la phase d évaluation de la performance par ECOGRAISIM. Dans le sixième chapitre, nous nous sommes intéressés aux indicateurs de performance. Notre objectif est la simulation du transfert des conteneurs afin de valider les différents choix fonctionnels. Cette simulation permet, d une part, de mesurer et de calculer les indicateurs de performance qui ont été déterminés dans le chapitre précédent, et d autre part, d évaluer la performance du terminal. Une étude comparative des différents modes d exploitation a permis de retenir le mode de transfert optimisé. Ce mode a été ensuite appliqué sur l ensemble des terminaux à conteneurs. Enfin, dans le septième chapitre, une conclusion générale est donnée à la fin de ce mémoire faisant le bilan des travaux effectués et des résultats obtenus. Des perspectives sont également évoquées. 14

15 CHAPITRE II : LA CHAINE LOGISTIQUE PORTUAIRE

16 Chapitre II : La chaîne logistique portuaire. Sommaire 1. INTRODUCTION LA CHAINE LOGISTIQUE La chaîne logistique portuaire Les processus de la chaîne logistique portuaire LES FLUX DE LA CHAINE LOGISTIQUE Pilotage de flux GESTION DE LA CHAINE LOGISTIQUE PORTUAIRE LES TROIS REVOLUTIONS UN TERMINAL A CONTENEURS Les différentes zones d un terminal à conteneurs LE TRANSPORT MARITIME, LE TRANSPORT MASSIFIÉ ET LA MULTIMODALITE Transport routier Transport maritime ou fluvial Transport ferroviaire vers un mode multimodal CONTEXTE ET TERRAIN D ÉTUDE : PORT DU HAVRE Le terminal Multimodal du Havre Les projets ESSIMAS et DCAS Objectifs CONCLUSION

17 Chapitre II : La chaîne logistique portuaire. 1. INTRODUCTION C est seulement à partir des années 70 et avec la crise économique que les travaux portant sur la logistique ont commencé à apparaître en vue d améliorer et d optimiser les différents flux concernant les entreprises. En effet, avec la forte concurrence sur les marchés, l enjeu principal est de produire et de livrer dans les meilleurs délais en réduisant les différents coûts et en satisfaisant les clients qui sont généralement séparés géographiquement et se situent de plus en plus loin des centres de livraison. Le contexte général de notre étude concerne la gestion des flux de transfert massifié de conteneurs des terminaux maritimes du port du Havre. Ces terminaux, dotés d un important poids en termes de coût, doivent être beaucoup plus efficaces qu auparavant en minimisant les coûts et les temps de passage des conteneurs et ainsi contribuer à l'optimisation de l'ensemble des processus de la chaîne. Nous nous intéressons tout particulièrement au pilotage de flux physique via différents modes d'exploitation et à l évaluation de leur performance. Dans ce chapitre, nous introduisons des notions concernant la chaîne logistique portuaire et les concepts de sa gestion. Après ces définitions générales de la chaîne logistique, nous donnerons des définitions de différents composants de la chaîne logistique et nous présenterons les différents types de flux échangés entre les maillons de la chaîne. Nous mettons également l'accent sur les enjeux du transport conteneurisé maritime dont le but est d améliorer la productivité et les performances des activités portuaires. La fin de ce premier chapitre, décrit le contexte de notre étude en nous focalisant sur les problèmes liés à la gestion des terminaux à conteneurs du port du Havre. 2. LA CHAINE LOGISTIQUE L origine du terme logistique est issue du grec «logistikos». Dans son sens le plus courant, la logistique désigne «la partie de l art militaire ayant trait au problème de ravitaillement et de transport des armées» (Définition du Petit Larousse). La logistique est devenue une des clés essentielles pour assurer la compétitivité des entreprises et sa fonction concerne l ensemble des domaines qui touchent aux flux physiques, aux flux d informations et aux flux de décisions. Il est possible de distinguer quatre grandes familles logistiques [La logistique en France, 2015] : - la logistique amont ou d approvisionnement : vise à assurer la circulation des produits entrants et sortants des sites de production ; 17

18 Chapitre II : La chaîne logistique portuaire. - la logistique interne ou de production : correspond aux flux de fabrication à l intérieur du lieu de production ou d assemblage ; - la logistique aval : répond à l approvisionnement des réseaux de distribution ; - la logistique inverse : correspond aux flux de produits ou d éléments non utilisables tels quels vers des sites de stockage, de retraitement ou de recyclage. La logistique concerne tous les maillons qui communiquent avec l entreprise : on parle alors de chaîne logistique «Supply Chain». Ce terme anglais «Supply Chain» signifie littéralement «chaîne d'approvisionnement». Il existe plusieurs définitions de la chaîne logistique dans la littérature [Tan, 2001]. [Smata, 2013], présente une revue des définitions les plus citées au niveau académique du terme chaîne logistique. Zouggar [Zouggar, 2009] donne la définition suivante : «La chaîne logistique peut être considérée comme un ensemble d activités en réseaux dont l exécution est corrélée par les flux qu elles échangent, visant à satisfaire au mieux les besoins exprimés par un ensemble de clients». Et selon [Cheyroux, 2003] une chaîne logistique est définie comme suit : «C est un réseau de sites, indépendants ou pas, participant aux activités d approvisionnement, de fabrication, de stockage et de distribution liées à la commercialisation d un produit ou d un service». Une chaîne logistique peut être définie alors comme un réseau constitué par un ensemble d entreprises participant aux différentes activités et qui collaborent afin d améliorer leur performance La chaîne logistique portuaire Le périmiètre d'une chaîne logistique se définit selon la nature de son contexte. Les entreprises peuvent être situées sur un ou sur plusieurs sites géographiques. Notre travail de thèse concerne la chaîne logistique portuaire et plus précisément les terminaux à conteneurs. Un terminal à conteneurs est considéré comme un maillon sensible de la chaîne logistique portuaire. C est un système complexe où la manutention et le transport de conteneurs jouent un rôle crucial [Henesey, 2006]. La performance des terminaux dépend des décisions aussi bien stratégiques que tactiques et opérationnelles prises par les gestionnaires de la chaîne logistique portuaire. La figure II.1 montre les différents acteurs de la chaîne logistique portuaire : 18

19 Chapitre II : La chaîne logistique portuaire. Figure II.1 : Représentation de la communauté portuaire (Source : [Nidra, 2002]) - Le docker : charge et décharge le navire. - Le transporteur interne (inland transport) : transporte les conteneurs au niveau du terminal. - L opérateur portuaire (port operator) : contrôle les opérations à l intérieur du port. Il pourrait être une autorité publique du port (port authority). - L acconier (stevedore) : s occupe de la préparation juridique et matérielle des opérations de réception, de déplacement et d'entreposage des marchandises. - L armateur (shipping line/alliance) : assure le transport maritime des marchandises. - Le consignataire (consignee) : Il est mandaté par l armateur, il agit au nom et pour le compte de l armateur. Il doit assurer toutes les opérations de réception ou de livraison de la marchandise et, ainsi effectuer les missions confiées par l armateur. Il y a également d autres acteurs pour assurer les services liés à la gestion des navires comme : - les sociétés d avitaillement ; - les sociétés de réparation et de maintenance de conteneurs ; - les entreprises de récupération des déchets des navires. Enfin, l autorité portuaire dont la mission consiste à gérer tout le port en prenant en compte la gestion : 19

20 Chapitre II : La chaîne logistique portuaire. - des installations portuaires ; - de l accueil et le départ des navires ; - du respect des règlements, etc. La chaîne logistique portuaire est donc définie comme un ensemble d entités impliquées directement dans les flux amont et aval de marchandises Les processus de la chaîne logistique portuaire Un processus est défini comme un enchaînement logique d activités dans le temps afin de réaliser un but en transformant des éléments d entrée en éléments de sortie. Dans la chaîne logistique portuaire, plusieurs processus sont combinés afin de livrer la marchandise à son client final. Les principaux processus pour les pré- et post-acheminements portuaires de marchandises doivent se compléter (Figure II.2). Pays d origine Pays de destination Préparation de l expédition Chargement Transport terrestre Opérations portuaires Transport maritime Opérations portuaires Transport terrestre Livraison Opérations douanières Opérations douanières Figure II.2 : Les processus de la chaîne portuaire (Source : Inspiration de [Ministère de l'équipement et Bearingpoint France, 2005]) 3. LES FLUX DE LA CHAINE LOGISTIQUE L'enjeu majeur pour toute entreprise est de rester compétitive. Pour atteindre cet objectif, le pilotage de ses flux à des coûts réduits en satisfaisant ses clients est une nécessité incontournable [Estampe et al, 2008]. Dans ce contexte, la performance d'une chaîne logistique dépend fortement de la coordination entre ses acteurs. Le pilotage de la chaîne logistique nécessite une bonne maîtrise des différents flux circulant au sein de cette chaîne. En général ces flux sont classés en trois types et toute organisation qui participe à la circulation de ces différents flux, est considérée comme un maillon ou un acteur de la chaîne logistique (Figure II.3). a. Le flux informationnel C est un flux bidirectionnel. Il concerne les échanges d'information entre les acteurs de la chaîne. L'information peut refléter une situation donnée, un ordre à exécuter, un nombre de produits à livrer, une information destinée aux clients, etc. 20

21 Chapitre II : La chaîne logistique portuaire. b. Le flux physique Ce flux concerne la circulation des produits qui traversent la chaîne logistique. Ce flux peut représenter la matière première, les produits finis, ou les unités de transport. c. Le flux financier Le flux financier, encore appelé flux monétaire, est associé au flux physique à savoir les achats, les ventes, les remboursements, etc. Figure II.3 : Représentation des flux dans la chaîne logistique (Source : [Greis et Kasarda, 1997]) Dans cette thèse, nous nous focalisons sur les flux physiques et les flux informationnels dans la chaîne logistique portuaire. En effet, le flux informationnel joue un rôle très important pour rendre la chaîne portuaire compétitive. Les terminaux portuaires utilisent des nouvelles technologies (RFID par exemple) qui permettent de surveiller, de gérer les équipements et de localiser les conteneurs [Rizzo et al, 2010]. Ces nouvelles technologies permettent également d échanger des données et des informations avec les autres maillons de la chaîne. Ces informations peuvent être par exemple : les dates d arrivée et de départ des conteneurs et des différentes unités de transport et l emplacement des conteneurs [Najib, 2014]. Concernant le flux physique, il concerne des objets qui circulent au sein de la chaîne portuaire, tels que les conteneurs, les moyens de transport de conteneurs (trains, camions, navires, etc.) Pilotage de flux Les entreprises qui constituent une chaîne logistique sont liées par ces flux physiques, ces flux d'informations et ces flux financiers. Ces entreprises doivent collaborer afin d'optimiser la chaîne logistique à laquelle elles appartiennent en satisfaisant leurs propres objectifs tout en visant les objectifs globaux de la chaîne. L'objectif d'une telle collaboration est de pouvoir prendre des décisions pour l'intérêt de tous les maillons de la chaîne logistique 21

22 Chapitre II : La chaîne logistique portuaire. [Pan, 2010]. En général, ces décisions sont classées en trois niveaux, à savoir : niveau stratégique, niveau tactique et niveau opérationnel. (Figure II.4) : Horizon Décisions Niveau Long terme Conception Stratégique Moyen terme Planification Tactique Court terme Très court terme Pilotage de flux Ordonnancement Opérationnel Figure II.4 : Niveaux de décisions de la chaîne logistique portuaire [Inspiration de Babaï, 2005] a. Niveau stratégique : les objectifs fixés sont à atteindre à long terme. Les décisions concernent par exemple : - la localisation et la conception des terminaux portuaires ; - la détermination de la capacité des terminaux ; - la conception d un réseau de transfert ; - le choix de nouveaux partenaires ; - la construction de nouvelles installations. b. Niveau tactique : les décisions à moyen terme concernent en général la planification de la chaîne logistique portuaire. Il s agit d effectuer : - le choix du mode de transport ; - la répartition des charges entre les terminaux ; - l affectation des ressources aux tâches. c. Niveau opérationnel : à court terme et à très court terme. Les décisions concernant le pilotage des flux et l'ordonnancement sont définies. Nos recherchent se situent fortement au niveau opérationnel et plus particulièrement au niveau de la modélisation de la chaîne portuaire, le pilotage des flux (physique et 22

23 Chapitre II : La chaîne logistique portuaire. informationnel) et l évaluation de la performance globale avec prise en compte des niveaux tactique et stratégique. L objectif est de déterminer tout d'abord les critères de performance et ensuite de les mesurer par simulation. 4. GESTION DE LA CHAINE LOGISTIQUE PORTUAIRE Dans un monde économique exigeant et avec la croissance de flux de conteneurs dans les terminaux maritimes, les ports sont tenus à améliorer continuellement leur performance. Actuellement, la performance des ports ne cesse de progresser surtout par rapport à la rapidité, le coût, le choix des moyens de transfert et de manutention. En effet, le développement des moyens de transport et l optimisation des chaînes logistiques ont contribué à atteindre cette performance. Cependant, la chaîne portuaire est l objet de plusieurs éléments négatifs, comme : la congestion croissante des infrastructures routières et l utilisation importante d énergie non renouvelable et par conséquent l augmentation de l émission de gaz à effet de serre. Dans ce contexte, [Le Mestre, 2006] affirme que : «L'entreprise performante est alors une entreprise qui a su mettre en place des dispositifs de prévention et de gestion des conflits et qui parviendra à prendre en compte chacune de ces finalités financière, économique et sociale pour réaliser le moins mauvais compromis». C est dans ce contexte que le concept du Supply Chain Mangement «SCM» est apparu dans les années 1980 [Humez, 2008]. Le concept SCM concerne l amélioration à la fois de l efficience et de l efficacité dans un contexte stratégique pour obtenir des avantages compétitifs qui rapportent du profit [Mentzer et al, 2001]. La gestion de la chaîne logistique portuaire consiste à se positionner au niveau de toutes les unités organisationnelles tout au long de la chaîne logistique (Clients, Dockers, Transporteurs, etc.) et d assurer la coordination et les échanges en terme de flux physique, flux financier, flux d information de telle manière que la marchandise soit manutentionnée et distribuée au bon endroit, au bon moment et au bon client. Selon [Smata, 2013], le SCM comprend deux principales composantes : l intégration du réseau d installations et la coordination des flux de matière et d information afin d'améliorer la performance à long terme de chaque maillon de la chaîne logistique. L'analyse de la performance d'une chaîne portuaire peut se justifier par le rôle économique et financier majeur que représente l'activité des ports maritimes. Pour ceci, il faut savoir mesurer la productivité de chaque maillon en comparant sa valeur de production à la valeur des moyens mis à sa disposition. Il faut s assurer également de son agilité en évaluant sa capacité à réagir face à des imprévus. 23

24 Chapitre II : La chaîne logistique portuaire. 5. LES TROIS REVOLUTIONS (Conteneurisation, Transport multimodal, Informatisation et automatisation) La première révolution a donné naissance à un nouveau mode permettant d acheminer les marchandises en utilisant des boîtes «conteneurs», il s agit d une révolution appelée conteneurisation. L américain Mc Lean était à l origine de cette révolution au début des années Ce nouveau concept de conteneurisation a permis une amélioration de la performance de la chaîne logistique comme les coûts de transport et la sécurité des produits. Les conteneurs sont conçus comme des unités standards qui peuvent faciliter la manutention et fluidifier le transport. Il existe trois types de conteneurs : 20 pieds, 40 pieds. Le développement de la conteneurisation sur l Atlantique Nord et sa généralisation progressive ont contribué à la croissance du transport maritime. L'introduction du conteneur dans la chaîne logistique portuaire a révolutionné le domaine du transport [ISEMAR, 2002]. La conteneurisation a permis l'amélioration des conditions de transport des marchandises, notamment dans le cas du transport multimodal. La Figure II.5 montre la croissance accrue et la mondialisation de la conteneurisation. Figure II.5 : Trafic mondial de conteneurs (Source [UNCTAD, 2012]) 24

25 Chapitre II : La chaîne logistique portuaire. Selon [Crainic et al, 2007] le nombre de conteneurs de la rotation mondiale était de 113 millions EVP 1 en 1993, cette croissance a atteint plus de 140 millions EVP en 2004 et en 2013[UNCTAD, 2012] le nombre d'evp était de plus de 100 millions. (Figure II.5). Regrouper les marchandises dans des conteneurs permet d accélérer les opérations de chargement, de déchargement et de transfert entre les modes de transport. Le conteneur permet également d assurer la marchandise contre certains risques de dommage à cause de fausses manipulations durant la manutention, vols et dégradations. Cependant, la température à l intérieur des conteneurs peut provoquer certains dommages si elle n est pas bien contrôlée. Le changement jour/nuit peut également cumuler de l eau et entraîner des dégats sur la marchandise sensible. Quant à la deuxième révolution, elle concerne le transport multimodal des conteneurs [ISEMAR, 2002]. Il s agit de combiner plusieurs modes de transport afin d acheminer les conteneurs à destination. Son principe est de pouvoir transporter les conteneurs en utilisant les différents modes de transport, par camions, navires (barges) et trains. Le transport routier permet de garantir une certaine souplesse en évitant les transferts d un mode à l autre et une façilité de suivi. En revanche, les camions ne peuvent pas porter plus d un conteneur de 40 pieds ou de deux conteneurs de 20 pieds. Les deux incovénients majeurs de ce mode de transport sont le manque de massification et l émission de CO 2. Tandis que les deux modes ferroviaire et fluvial permettent la massification du flux et génèrent moins de CO 2. Enfin la troisième révolution vise l informatisation et l automatisation [ISEMAR, 2002]. En effet, la technologie offerte par l informatique permet d accélérer et de faciliter la circulation des différents documents concernant le transport maritime et ainsi de réduire les coûts liés aux différentes opérations liées au passage des conteneurs. Le but de cette révolution est également d accélerer le transit des navires et des conteneurs dans les terminaux portuaires. Au niveau du port du Havre, il existe un progiciel Cargo Community System S one[s one]. Il automatise, agrège, optimise et sécurise les processus métiers des acteurs de la communauté logistique. 1 (EVP : Equivalent vingt pieds, un conteneur de 20 pieds = 1 EVP et un conteneur de 40 pieds = 2 EVP) 25

26 Chapitre II : La chaîne logistique portuaire. 6. UN TERMINAL À CONTENEURS Un port est défini comme un espace de transit des marchandises entre la mer et la terre et sa mission s'inscrit dans une logique collective mettant en relation l'ensemble des membres de la communauté portuaire. Un port est constitué d un ensemble d entreprises et de terminaux dont l objectif est la gestion des navires et de la marchandise [LE PASSAGE PORTUAIRE, 2013]. Un terminal à conteneurs constitue un lieu équipé permettant la manutention et le stockage des conteneurs en import et en export (Figure II.6). C est un ensemble de quais permettant le départ et l arrivée des navires, de zones de stockage et de ressources pour le transport et les différentes opérations liées à la manutention des conteneurs [Henesey, 2006]. Chaque terminal à conteneurs est équipé par des : - Quais : lieux d arrivée et de départ des navires (Quay) ; - Zones de stockage : espace destiné au stockage des conteneurs (Yard). Figure II.6 : Exemple d'un terminal à conteneurs (Source [Ung, 2008]) Un terminal à conteneur peut utiliser différents types d équipements pour assurer les opérations de manutention des conteneurs (Figure II.7) : Grues de quai : pour charger ou décharger les navires. 26

27 Chapitre II : La chaîne logistique portuaire. Cavaliers, camions ou des véhicules à guidage automatique (AGVs) : pour transporter les conteneurs au sein du terminal à conteneurs. En effet, les chariots cavaliers peuvent charger et poser les conteneurs eux-mêmes, tandis que le chargement ou le déchargement des camions et des AGVs nécessite l utilisation des grues. Figure II.7 : Différents équipements de transfert de conteneurs dans un terminal à conteneurs (Source [Henesey et al, 2006]) 6.1. Les différentes zones d un terminal à conteneurs Un terminal à conteneurs peut être divisé en deux zones [Vis et al, 2005]: la zone de quai et la cour. La zone de quai comporte la partie d arrimage des navires et les portiques ou les grues de quai qui assurent le chargement et le déchargement de conteneurs. La cour sert aux opérations de chargement, de déchargement sur la zone de stockage et de transbordement des conteneurs. Lorsqu'un navire arrive au port, la manutention de conteneurs par les grues de quai commence. Ils sont ensuite transférés par les véhicules qui circulent entre le navire et la pile de stockage. Cet empilement se compose d'un certain nombre de voies de circulation, où les conteneurs peuvent être stockés pendant une certaine période. Les voies sont desservies par des engins, tels que des grues ou des chariots-cavaliers qui peuvent à la fois transporter et 27

28 Chapitre II : La chaîne logistique portuaire. stocker des conteneurs dans la pile. Il est également possible d'utiliser des véhicules à guidage automatique (AVG). Après une certaine période, les conteneurs quittent leur zone de stockage pour être livrés aux clients finaux via différents modes de transport, les barges, les navires, les camions ou les trains. La plupart des terminaux font usage de matériel manipulé par des dockers, comme les chariots cavaliers, les grues et autres. Cependant, quelques terminaux, comme des terminaux de Rotterdam, sont automatisés. Dans [Henesey, 2006], un terminal à conteneurs peut-être divisé en quatre zones (Figure II.8) : Figure II.8 : Les processus d'import et d'export des conteneurs dans un terminal, (inspiration de [Vis et de Koster, 2003]) 1-L interface maritime : elle constitue le point de départ et d arrivée des navires. La minimisation du temps passé par un navire dans le terminal est l un des indicateurs de performance de cette zone. L allocation des postes à quai, l arrimage de conteneurs, et l allocation des grues de quais sont des problèmes quotidiens au niveau de cette interface. 2- La zone de transport interne : au niveau de cette zone, les conteneurs sont transportés par les véhicules à partir des zones d échange vers les zones de stockage. Plusieurs travaux font état des problèmes liés à cet espace tels que la minimisation du nombre de véhicules nécessaires pour réaliser le transfert de conteneurs et la minimisation des déplacements de véhicules à vide. 28

29 Chapitre II : La chaîne logistique portuaire. 3- La zone de stockage : elle est composée d'un nombre de voies appelées baies permettant l empilement des conteneurs. Elle peut être équipée par des grues (Cranes) et des chariots cavaliers. Plusieurs problèmes se posent au niveau de cette zone [Armando et Stefano, 2012 ; Kefi, 2008], tels que : l optimisation des déplacements des grues au niveau d une zone de stockage, l'optimisation de l'espace de stockage. 4- La zone de transfert des conteneurs ou interface terrestre : après une certaine période passée dans la zone de stockage, les conteneurs stockés vont être chargés par les cranes afin de les transporter par différents modes de transport. Le problème majeur de cette zone concerne la gestion du transport multimodal [Benghalia et al, 2014a]. Selon [Vis et de Koster, 2003], un terminal à conteneurs peut être divisé en deux zones (Figure II.9) : Arrivée du navire Déchargement et chargement des conteneurs Transfert interne des conteneurs Stockage des conteneurs Livraison des conteneurs La zone de quai La cour Figure II.9 : Les processus dans un terminal à conteneurs a) la zone de quai : elle comporte la partie d arrimage des navires et les portiques ou les grues de quai qui assurent le chargement et le déchargement de conteneurs. b) la cour : elle sert aux opérations de transfert interne de conteneurs depuis la zone à quai et la zone de stockage ainsi aux opérations de chargement et de déchargement sur la zone de stockage. Notre travail concerne la zone de transport interne ; plus précisément, nous nous intéressons à l évaluation de la performance du transfert de conteneurs. Pour effectuer la manutention, un terminal à conteneurs a besoin de ressources qui varient selon la politique de gestion de chaque terminal. En général, il existe trois manières de gestion possibles pour un terminal maritime [Kefi, 2008] : 1) Le premier mode de gestion est fondé sur les grues d empilement «Cranes» : en effet ce type de grues peut se déplacer et parcourir les différentes rangées de piles selon l emplacement des conteneurs à manipuler. Ensuite le «Crane» charge le conteneur 29

30 Chapitre II : La chaîne logistique portuaire. recherché sur le véhicule qui va le transporter vers les grues de quai dans le cas d export et le sens inverse pour le cas d import. 2) Le deuxième mode de gestion, appelé le système alternatif, est fondé sur l utilisation des cavaliers gerbeurs «straddle carriers» ou «yard machines» qui sont coûteux et qui exigent un espace considérable pour leur fonctionnement. En effet un cavalier gerbeur est capable de charger, décharger un conteneur ou rechercher un conteneur et le transporter vers un portique ou vers une grue de quai. 3) Le troisième mode qui n est plus appliqué, facilite le fonctionnement du terminal mais nécessite un grand espace, indispensable pour son utilisation. Il consiste à empiler tous les conteneurs sur des châssis afin de les transporter vers les portiques. 7. LE TRANSPORT MARITIME, LE TRANSPORT MASSIFIÉ ET LA MULTIMODALITE Le transport joue un rôle très important dans la chaîne logistique. En général, il existe deux types de transport, le transport de personnes (voyageurs) et le transport de marchandises. Ils sont considérés comme deux systèmes indépendants, même s ils peuvent utiliser les mêmes infrastructures mais rarement les mêmes véhicules. Les coûts de transport ont un impact considérable sur les prix des marchandises. Il existe plusieurs modes de transport, entre autres : le transport routier, le transport maritime ou fluvial et le transport ferroviaire. 7.1.Transport routier L activité de transport routier est une activité sensible qui demande la maîtrise du flux de marchandises et l amélioration des performances de la distribution aux clients afin d assurer la livraison au bon moment et au bon endroit. Il est évident que les clients ont besoin d être livrés rapidement et régulièrement afin de garder l équilibre de leurs activités. Toutefois, si par malchance un accident se produit, dans ce cas et par conséquent il faudrait reprendre l opération de livraison du début. Ceci produit une perte de temps ainsi que des coûts élevés et le tout amène à une mauvaise circulation en compliquant les tâches des transporteurs. Il y a également des nuisances pour les urbains qui sont en outre de plus en plus touchés par les embouteillages et la pollution. A cet effet il se dégage les enjeux suivants soulevés par l organisation de la marchandise concernant les livraisons/enlèvements : - Au niveau de la circulation : c'est-à-dire les interactions avec la circulation de personnes; 30

31 Chapitre II : La chaîne logistique portuaire. - Au niveau de la congestion; - Au niveau des émissions atmosphériques Transport maritime ou fluvial Le transport maritime est un mode de transport très important qui a fait un grand pas avec l apparition de la machine à vapeur au XIXe siècle. C est un mode de transport massifié et pour réduire les coûts de ce mode, les navires sont de plus en plus grands et adaptés à un type de cargaison (porte-conteneurs, pétrolier, etc.). Actuellement, il y a des porte-conteneurs qui peuvent transporter jusqu à conteneurs EVP [NormandieActu, 2015], c est l équivalent de camions ou plus de 200 trains complets. Cet avantage nécessite une bonne gestion de la manutention et une évacuation fluide afin d éviter les problèmes de stockages et de réduire les temps de séjours des navires dans les terminaux Transport ferroviaire Le transport ferroviaire entre un point A et un point B, du fait de sa massification, est plus économique que le transport routier [ISEMAR, 2002]. Ce qui le pénalise, ce sont les pré et post acheminements routiers aux points A et B. Au-delà du coût de ces activités, les contraintes organisationnelles propres au mode ferroviaire pour les maillons de la chaîne logistique, avant le point A et après le point B, pénalisent l offre ferroviaire. Car du fait du processus de réservation pour circuler sur le réseau ferré, les trains ont des horaires fixes de départ et d arrivée, auxquels doivent s adapter les autres maillons de la chaîne du transport. En outre, la conduite des locomotives, les procédures d attelage et dételage nécessitent des compétences et des qualifications ferroviaires spécifiques. Afin d optimiser l utilisation de ces ressources chères, les autres maillons doivent encore s adapter.... vers un mode multimodal Par ailleurs, le mode ferroviaire sera plus pertinent avec sa massification importante en le combinant avec le transport maritime ce qui permet d éviter les ruptures de charge dûes aux pré et post acheminements. Il permet également d accélerer l évacuation des conteneurs grâce à la grande capacité des porte-conteneurs [ISEMAR, 2002]. En effet, un train ou une barge peut contenir des centaines d EVP, tandis qu un camion ne dépassera pas deux EVP. Le tableau II.1 [Cheyroux, 2003] permet de faire une comparaison entre ces modes en fonction des deux critères : le prix (par tonnes.kilomètres) et la vitesse (km/h). Les valeurs données sont approximatives et permettent de donner une vision sur chaque mode. 31

32 Chapitre II : La chaîne logistique portuaire. Prix en euros (tonnes.kilomètres) Vitesse (km/h) Fluvial (barge) 3 10 Routier 8 70 Ferrovaire 4 60 Tableau II.1: Comparaison entre les modes de transport (Prix et Vitesse) En associant ces différents modes, les conteneurs peuvent être acheminés alors par : camions, barges ou trains. Cet acheminement peut se faire mais à condition de satisfaire d autres contraintes comme la distance à parcourir, les démarches administratives (par exemple les passages de douanes), la disponiblité des sillons pour les réseaux ferrés. Le transport multimodal est donc un mode qui permet d assurer un certain équilibrage par le fait de combiner plusieurs types de transport. Dans le cadre du projet DCAS (Direct Cargo Axe Seine) du port du Havre présenté dans la section suivante, une nouvelle politique de transfert ferroviaire massifié est développée. Il s agit d effectuer le transfert de conteneurs par des navettes ferroviaires. Une navette est composée d'une locomotive et de plusieurs coupons. Chaque coupon comporte plusieurs wagons. Une rame est une navette sans locomotive. Les apports visés par le coupon sont les suivants : - Une limitation et une simplification des manœuvres ferroviaires par un allotissement des conteneurs sur des groupes de wagons et des équipements de motorisation, d attelage automatique et de télé-opération; - Une réduction des contraintes organisationnelles propres au mode ferroviaire au point de collecte et de distribution en simplifiant le déplacement des coupons et permettant à d autres personnels d effectuer cette activité de déplacement des coupons et en apportant plus de libertés entre le mode ferroviaire et les activités logistiques aux points A et B. 32

33 Chapitre II : La chaîne logistique portuaire. 8. CONTEXTE ET TERRAIN D ÉTUDE : PORT DU HAVRE Figure II.10 : Port du Havre (Source [Normandie actu, 2013]) Le port du Havre est le grand port de l'ouest européen avec employés [Normandie actu, 2013]. C'est un port maritime de commerce et de passagers ( millions de tonnes de marchandises ont transité par le port, en 2012). Le port du Havre dont la surface est hectares, s étend sur 27 km de l est jusqu à l ouest et sur 5 km, du nord au sud. Il est classé en cinquième position en Europe et il est le premier port français par rapport au trafic de conteneurs avec entrées et sorties en Selon le journal Normandie actu [Normandie actu, 2013], le port du Havre reçoit 6000 navires par an (paquebots, porteconteneurs, chimiquiers, etc.), ce qui implique une trentaine d entrées/sorties de navires par jour. Vincent Malfère, directeur général adjoint du GPMH (Grand Port Maritime du havre), lors de son entretien avec le journal Normandie actu [Normandie actu, 2013] a donné la réponse suivante par rapport aux atouts du GPMH : «Son premier atout est naturel : il s agit de sa situation géographique. Le port du Havre est le premier port touché par les navires en provenance de l Asie et le dernier port, quand les navires repartent. Par ailleurs, le GPMH (Grand port maritime du Havre) est doté d infrastructures de très bons niveaux, notamment à Port Un important programme d investissements a été consacré dans ce sens. C est ce qui nous permet d ailleurs d accueillir les navires de troisième génération comme le Marco Polo ou le Jules Verne, des bateaux de la CMA-CGM, qui transportent jusqu à boîtes. Enfin, le GPMH fonctionne 24h sur 24, 365 jours par an, ce qui est un avantage pour les 33

34 Chapitre II : La chaîne logistique portuaire. navires, sans contrainte de passage d écluse comme cela peut être le cas chez nos voisins.». Le tableau ci-dessous présente quelques statistiques concernant le port du Havre : Tableau II.2: Trafic du port du Havre Néanmoins, 80 % des marchandises sont livrées à travers la route avec un nombre considérable de véhicules circulant au port ( poids lourds et véhicules légers). Les chargeurs, dans leurs cahiers des charges pour sélectionner les passages portuaires, exigent de plus en plus des offres de service importantes en termes de transport massifié multimodal. Ne pas pouvoir répondre à cette exigence conduirait le port du Havre à devenir un port de second rang. Le développement du multimodal et la réduction des gaz à effet de serre sont considérés comme une nécessité ou encore un enjeu stratégique. Pour rester compétitif, les autorités portuaires du Havre ont commencé à investir pour la construction de parcs logistiques Le terminal Multimodal du Havre La figure II.11 montre que la situation du Havre, présente une part très faible pour les trafics ferroviaire et fluvial par rapport à celle des grands ports concurrents. Pour faire face, l autorité portuaire du Havre a entrepris la construction d un terminal Multimodal. L objectif est d augmenter la part modale des transports massifiés qui est très en retrait en France [Agence Paris Centre Normandie, 2011] par rapport aux ports concurrents du nord de l Europe. D un point de vue écologique, le but est de diminuer le trafic routier en utilisant plus le transport ferroviaire et fluvial. Le transfert de conteneurs entre les terminaux maritimes et le terminal multimodal du Havre sera assuré par des navettes ferroviaires. 34

35 Chapitre II : La chaîne logistique portuaire. Figure II.11 : Parts modales pour le trafic des conteneurs dans le rang Nord. (2013) Selon le journal LH Océane version du 16 au 13 mai 2013, le terminal Multimodal du Havre est la plus grande plateforme multimodale en France. L objectif de sa création est de fluidifier le transport de marchandises sur la zone portuaire et de permettre une évacuation plus rapide des terminaux maritimes. Quant au président de la société d investissement chargée de réaliser le chantier Multimodal LH2T (Le Havre Terminal Trimodal ), il a déclaré que : «la plateforme, très attendue de nos clients portuaires, armateurs et logisticiens, contribuera à améliorer la compétitivité du port». Le terminal multimodal est donc une plateforme intermédiaire qui permet d assurer le transport de conteneurs (collecte-livraison) en utilisant une nouvelle gestion des transferts de conteneurs par : trains, barges fluviales et route. Il permettra de gérer chaque année la distribution de EVP. L objectif est de massifier le transport de conteneurs en utilisant des navettes ferroviaires pour le transfert entre le terminal Multimodal et les différents terminaux maritimes d une part. D autre part, la livraison des conteneurs vers leurs destinations finales sera effectuée par des trains de grande ligne et des barges via l axe Seine. Le terminal Multimodal sera composé d une cour fluviale, d une cour ferroviaire et d une zone de stockage [Agence Paris Centre Normandie, 2011]. 35

36 Chapitre II : La chaîne logistique portuaire. La cour fluviale sera composée de : Un quai fluvial contenant 2 postes à quai ; Deux portiques de manutention ; Un avant-bec permettant le traitement de barges ; Trois voies ferrées sous portiques ; Une zone de mise à terre ; Une voie ferrée en chaussée ; Une zone de stockage de conteneurs. La zone de stockage de conteneurs La cour ferroviaire comprendra : Deux voies ferrées destinées au déchargement de trains ; Huit voies ferrées ; Deux portiques de manutention. Le faisceau de réception ou de soutien sera composé de : Un faisceau ferroviaire de six voies ; Deux voies pour accueillir les trains longs ; Une voie pour le stationnement des wagons ; Un garage de locomotives de trois voies ferrées. - Les principaux terminaux dédiés au traitement des marchandises diverses, représentés majoritairement par le trafic conteneurisé, sont : Terminaux nord (Quais de l Atlantique, Amériques, Europe) ; Terminaux sud (Quais de l Asie, Osaka, Bougainville) ; Port 2000 : Terminal de France (TDF), Terminal de la Porte océane (TPO),Terminaux de Normandie associés à Mediterranean Shipping Company (TNMSC). Il convient également de préciser les définitions suivantes : - TM : Terminal Maritime ; 36

37 Chapitre II : La chaîne logistique portuaire. - TMM : Terminal MultiModal ; - Coupon : est un ensemble de cinq wagons ; - Rame : est un ensemble de coupons ; - Navette : est une rame + une locomotive Les projets ESSIMAS et DCAS Nos recherches s'inscrivent dans le cadre de ces deux projets portés par le GPMH.Le projet d innovation ESSIMAS (Evaluation par simulation de Solutions Innovantes pour le développement du transport Massifié sur l'axe Seine par coupons ferroviaires électriques), comprend deux étapes, chacune d elles présentant un intérêt propre. La première concerne l amélioration des transports massifiés ferroviaire et fluvial pour la partie produite sur le territoire du GPMH. En effet, cette première étape vise à rendre économiquement exploitable, la massification des conteneurs vers le futur terminal Multimodal sur le domaine portuaire et à permettre le développement de la massification du transport des conteneurs sur la voie d eau et sur le rail vers Paris et au-delà. La deuxième concerne l utilisation des mêmes solutions techniques afin de simplifier la structure des terminaux multimodaux, en réduisant l espace nécessaire. Les innovations mises en œuvre pourront également être appliquées dans d autres environnements portuaires. Nous avons été sollicités pour appliquer la simulation afin d'amender et de valider les options technologiques et organisationnelles pressenties. Le projet DCAS (Direct Cargo Axe Seine) a pour objectif de mettre en œuvre une solution efficiente et rentable pour le transfert des conteneurs par navettes ferroviaires entre le terminal Multimodal et le terminal maritime Port 2000 d une part et d autre part entre le terminal Multimodal et le terminal maritime Atlantique. Ensuite, ce projet consiste à étudier le transfert de conteneurs entre le port du Havre et les grands centres urbains tels que Paris et Lyon. Les navettes seront composées de coupons ferroviaires. Un coupon est un ensemble de wagons d une centaine de mètres, motorisés, télé-opérables et munis d attelages automatiques. Ces équipements visent à faciliter le tri ferroviaire et à rendre le transport ferroviaire plus flexible. Ces deux projets visent à concevoir des outils technologiques et logistiques propres à rendre économiquement viables des liaisons ferroviaires, courte distance, à l intérieur du domaine portuaire du Havre d une part et entre le terminal Multimodal du Havre et des 37

38 Chapitre II : La chaîne logistique portuaire. centres logistiques de Paris d autre part. Sur le domaine portuaire, les innovations recherchées permettront d améliorer les transferts de conteneurs sur les barges du terminal Multimodal et rendront plus attractive la voie fluviale Objectifs Notre cas d étude est le futur terminal Multimodal du port du Havre avec un focus sur les processus de manutention et de transfert massifié par navettes ferroviaires. Le but était de proposer des modes d exploitation performants pour le transfert de conteneurs entre le terminal Multimodal et le terminal Atlantique d une part, et d autre part, entre le terminal Multimodal et le terminal Port 2000 qui est composé des terminaux : TDF, TPO et TNMSC (Figure II.12). ATL : Terminal Atlantique. TPO : Terminal Porte Océane. TDF : Terminal de France. TNMSC : Terminal Normandie MSC. Figure II.12 : Plan du Port du Havre Une première modélisation du transfert des conteneurs entre deux terminaux maritimes et le terminal Multimodal a été réalisée lors du pré-projet ESSIMAS. Cette première phase a mis en exergue une des difficultés de cette modélisation : le fait que le terminal Multimodal ne soit pas encore construit et que les activités de transferts ne puissent pas être observées, a rendu difficile la description des différents acteurs et des différentes règles de gestion. La simulation issue de cette première modélisation semble avoir globalement montrer des avantages économiques de la solution coupons DCAS par rapport à des rames classiques de coupons, nénamoins elle présente quelques défauts dûs au manque de règles de gestion. 38

39 Chapitre II : La chaîne logistique portuaire. Pour remédier à ce manque, le transfert des conteneurs sur le domaine portuaire a été modélisé en UML afin de clarifier les différentes activités et de vérifier la pertinence des concepts et leur cohérence, avant de les implémenter dans l outil de simulation. 9. CONCLUSION Nous avons décrit le contexte général de notre travail en définissant la chaîne logistique portuaire et en évoquant les enjeux des différents modes de transport. La complexité de la chaîne logistique peut se résumer dans sa configuration, l analyse de son comportement, le pilotage de ses différents flux et à l évaluation de ses performances. En raison de la complexité croissante des terminaux à conteneurs, leurs gestionnaires font face à de nombreux défis de prise de décisions au niveau des quatre zones présentées dans la section 6. La complexité est liée à de nombreuses variables, de contraintes et aux objectifs contradictoires. En effet, les différents problèmes de prise de décision peuvent être considérés comme des problèmes d ordonnancement, des problèmes de tournées de véhicules ou des problèmes d affectation [Zehendner, 2013]. La création d un terminal Multimodal pour le port du Havre est devenue une nécessité afin de pouvoir gérer la croissance du trafic maritime en offrant plus de possibilités concernant les moyens de transport massifiés (rail et fluvial). En effet, la multimodalité joue un rôle crucial en limitant l utilisation intensive du transport routier. Le transport multimodal propose une nouvelle gestion des transferts physiques qui peut s inscrire dans le cadre du développement durable, car il permet de diminuer la pollution [Mejri, 2012]. Au niveau du port du Havre, la construction du terminal multimodal est nécessaire pour : Répondre au besoin croissant de la massification du transport arrivant ou partant du Havre ; Faire progresser la part du port du Havre dans le trafic du transport et le commerce externe par rapport aux autres ports ; Renforcer l attractivité du port du Havre ; Réacheminer les marchandises par route, rail et voie fluvial. D un point de vue écologique, la création du futur terminal Multimodal permettra de réduire l émission du CO 2 en économisant, d après une étude statistique, tonnes de CO 2 /an et également de réduire les charges et les dépenses en termes de ressources humaines [Haropa, 2015]. 39

40 Chapitre II : La chaîne logistique portuaire. Dans le chapitre suivant nous allons présenter un état de l'art des différents problèmes portuaires ainsi que les différentes approches de résolution et notre démarche pour l évaluation de la performance du transfert massifié de conteneurs. 40

41 CHAPITRE III : PROBLÈMES PORTUAIRES ET APPROCHES DE RÉSOLUTION

42 Chapitre III : Problèmes portuaires et approches de résolution. Sommaire 1. INTRODUCTION PROBLÈMES PORTUAIRES Problèmes liés à la zone à quai Allocation des postes à quai Arrimage de conteneurs Ordonnancement des grues de quais Problèmes liés à la cour Ordonnancement des grues de la zone de stockage Problème de Stockage de Conteneurs Ordonnancement des véhicules de transfert interne des conteneurs APPROCHES DE RÉSOLUTION Optimisation mathématique Simulation La simulation à événements discrets et simulation continue La simulation Multi Agent Choix de l approche de résolution CONCLUSION

43 Chapitre III : Problèmes portuaires et approches de résolution. 1. INTRODUCTION Étant donné qu un terminal à conteneurs est un système complexe [Henesey, 2006; Brinkmann, 2011] où la manutention et le transport de conteneurs jouent un rôle crucial, sa performance dépend de la pertinence des décisions tant au niveau stratégique et tactique qu opérationnel. En effet, l'augmentation croissante du trafic de conteneurs nécessite des ressources considérables au niveau des terminaux pour gérer efficacement les différents flux tout en considérant l'aspect environnemental. En outre, les compagnies maritimes exigent que le séjour de leurs navires soit optimisé en imposant des fenêtres de temps. L'enjeu est donc de minimiser les temps d'attentes des navires et d'assurer une manutention fluide pour satisfaire les exigences des compagnies maritimes. De plus, l'objectif des autorités portuaires consiste à maximiser la productivité en tenant compte des différentes opérations concernées. En effet, pour un terminal à conteneurs au niveau stratégique, il est nécessaire de déterminer l équipement à utiliser et son agencement. Au niveau tactique, la capacité des équipements et des ressources humaines, l affectation des voies et aussi les horaires des barges et des trains doivent être décidés. Le niveau opérationnel fait référence aux décisions nécessaires pour optimiser les différents processus internes. Enfin le niveau temps réel consiste à déterminer un ordonnancement de tâches en temps réel afin de l adapter à un changement de situation ou à un incident. Face à la complexité liée à la conception et à la gestion des terminaux à conteneurs, des travaux très variés ont été consacrés à chaque niveau décisionnel [Vis et de Koster, 2003; Steenken et al, 2004; Kim et al, 2006]. Les approches basées sur l'optimisation et la simulation ont été largement appliquées pour chercher des solutions aux problèmes qui se posent au niveau des terminaux à conteneurs tels que : l ordonnancement des équipements de manutention, l affectation des navires aux quais et l optimisation des espaces de stockage. Dans la première partie de ce chapitre nous présentons les principaux problèmes des terminaux à conteneurs connus dans la littérature. Quant à la deuxième partie, les différentes méthodes et approches de résolution ainsi qu une étude comparative des travaux d optimisation et de simulation seront présentées. L objectif est d avoir une vue générale sur les méthodes de résolution afin de préciser celle qui sera utilisée dans la suite de ce travail. 2. PROBLÈMES PORTUAIRES Dans le sens import, lorsqu'un navire arrive au port, la manutention de conteneurs par les grues de quai commence. Les conteneurs sont ensuite transférés par les véhicules qui 43

44 Chapitre III : Problèmes portuaires et approches de résolution. circulent entre le navire et la zone de stockage. Cet empilement se compose d'un certain nombre de voies de circulation, où les conteneurs peuvent être stockés pendant une certaine période. Les voies sont desservies par des engins, tels que des grues ou des chariots-cavaliers qui peuvent à la fois transporter et stocker des conteneurs dans la pile. Après une certaine période, les conteneurs quittent leur zone de stockage pour être livrés aux clients finaux via différents modes de transport, les barges, les navires, les camions ou les trains. Concernant le sens d export, les conteneurs arrivent au port par camion, train ou barge. Ils sont ensuite répartis entre les blocs de la zone de stockage. Après une certaine période, les conteneurs sont chargés depuis la zone de stockage avec les portiques (Yard Cranes) afin de les transporter par les véhicules (Yard Truck) de transfert interne vers les quais où ils sont manipulés par des grues de quai (Quai Cranes) et déposés sur les navires. La logistique des terminaux à conteneurs pose plusieurs problèmes de décisions [Henesey, 2006]. Cepandant dans la littérature, à notre connaissance il n existe pas une méthode qui permet de déterminer les décisions à prendre dans chacun des niveaux stratégique, tactique opérationel : a) Niveau Stratégique A ce niveau stratègique, les gestionnaires doivent définir des objectifs à atteindre à long terme, il est indispensable de préciser l'équipement à utiliser et son agencement [Carlo et al, 2013 ; Petering, 2011 ; Sammarra et al, 2007; Lee et al, 2008] : - Quand un navire arrive au port, il doit s'amarrer au quai. A cet effet, un certain nombre de quais sont disponibles. Le nombre de grues qui devraient être disponibles sur le quai est une des décisions qui doit être faite au niveau stratégique. - Pour les opérations de déchargement et de chargement des conteneurs du navire, de transfert interne et de stockage de conteneurs, une des questions qui se posent, est la détermination du type d'équipements de manutention. b) Niveau tactique Concernant ce niveau, ce sont les objectifs à moyen terme qui doivent être pris [Petering, 2011; Kim et Park, 2002 ; Kim et al, 2006]: - Au niveau de l'interface maritime, c'est le nombre de grues de quai affectées à un même navire qui doit être déterminé. L'objectif est de réduire le temps de séjour des navires au terminal. Il s'agit de servir tous les navires, tout en minimisant le retard total de leurs passages. 44

45 Chapitre III : Problèmes portuaires et approches de résolution. - Pour le transfert interne de conteneurs entre l'interface maritime et la zone de stockage,l'un des problèmes au niveau tactique qui doit être résolu est la détermination du nombre nécessaire d'engins de stockage et de transfert pour transporter les conteneurs dans le temps. c) Niveau opérationnel Enfin au niveau opérationnel ce sont les décisions à court terme[carlo et al, 2013 ; Hartmann, 2002 ; Nishimura et al, 2005 ; Imai et al, 2006 ; Khoshnevis et Asef-Vaziri, 2000] : - Pour l'interface maritime, l'attribution des postes à quai aux navires doit être décidée. L'objectif est de réduire le temps de séjour des navires et le nombre de mouvements, elle concerne l affectation des postes d amarrage et l ordonnancement des grues de quai. - Concernant la zone de transfert interne, il s'agit de minimiser les distances de voyage à vide, et le temps de la tournée totale des engins en déterminant quel véhicule transporte quel conteneur et sur quel iténiraire va circuler. - Au niveau de la zone de stockage, la décision opérationnelle consiste à déterminer le meilleur chemin à suivre par les engins de stockage.un de ses problèmes c'est le stockage des conteneurs en fonction de la destination, du poids et du type des conteneurs. Classification des travaux : Le tableau ci-dessous présente une classification des problèmes des terminaux à conteneurs en fonctions des différentes zones et le niveau décisionnel correspondant [Vis et al, 2005 ; Steenken et al, 2004 ; Henesey et al, 2003b ; Henesey et al, 2004 ; Henesey, 2006 ; Henesey et al, 2006 ; Kim et al, 2006 ; Imai et al, 2006]. En se référant à ces derniers, nous présentons une classification de quelques travaux dans le tableau suivant : Zones du terminal à conteneurs Niveau Stratègique Niveau Tactique Niveau Opérationnel Interface Maritime Zone de Transfert Interne [Kim et Park, 2004] [Moccia et al,2006] [Sammarra et al, 2007] [Lee et al, 2008] [Henesey et al, 2003a] [Imai et al, 2002] [Hartmann, 2002] [Henesey et al, 2003b] [Henesey et al, 2004] [Henesey et al, 2006] [Imai et al, 2002] [Imai et al, 2006] [Kia, 2002] [Lee et al, 2002] [Kim et Park, 2002] [Hartmann, 2002] [Kim et al, 2006] [Nishimura et al, 2005][Imai et al, 2006] 45

46 Chapitre III : Problèmes portuaires et approches de résolution. Zone de Stockage [Vis et al, 2005] [Zhang, 2003] [Henesey et al, 2003a] [Khoshnevis et Asef-Vaziri, 2000] [Kim et Kim, 2002] [Gambardella, 2001] [Henesey et al, 2006] [Kim et Park, 2002] [Imai et al, 2006] [Hartmann, 2002] Zone de livraison [Henesey, 2003b] [Lee et al, 2002] Tableau III.1. Classification des travaux sur les terminaux à conteneurs 2.1. Problèmes liés à la zone à quai La gestion des opérations de la zone à quai contient plusieurs problèmes de décision tels que : l allocation des postes à quai, l arrimage de conteneurs et l allocation des grues de quais : Allocation des postes à quai Figure III.1. Exemple : Affectation des navires à des postes à quai d un terminal à conteneurs Le problème d allocation de postes d amarrage consiste à affecter les postes à quai aux navires (Figures : III.1 et III.2). En effet, les navires arrivent en fonction du temps au port et ils doivent être affectés aux postes à quai afin de commencer la manutention des conteneurs [Kim et Moon, 2003]. L objectif est de minimiser les temps d attente des navires à quai et de maximiser le taux d occupation des quais en prenant en compte le nombre fixe de postes d amarrage et la variabilité du temps de manutention des conteneurs. Les contraintes et les 46

47 Chapitre III : Problèmes portuaires et approches de résolution. enjeux sont : la longueur du navire, la profondeur du quai, les fenêtres de temps, les priorités assignées aux navires et les zones d'accostage préférées pour minimiser les distances parcourues. Le problème d allocation de postes d amarrage peut être traité [Imai et al, 2001] d un point de vue statique (discret) ou dynamique (continu). Figure III.2 Allocation des postes d amarrage (Source [Kim, 2008]) a. Allocation discrète des postes d amarrage : pour ce problème, les navires arrivés au port respectent les règles de circulation fixées par l autorité portuaire. En effet, tous les navires doivent être au port avant le début du plan de manutention. [Monaco et Sammarra, 2007] considèrent le problème discret comme un problème d'ordonnancement dynamique avec des machines parallèles indépendantes. Ils ont développé une heuristique lagrangienne pour résoudre le problème. Des instances jusqu'à 30 navires et 7 points accostage sont résolues en fournissant des solutions quasi-optimales en un temps raisonnable. b. Allocation continue des postes d amarrage : les navires peuvent arriver après le début de la planification ce qui cause un temps mort entre deux navires affectés à un poste à quai. [Imai et al, 2005] traitent le problème continu avec une heuristique dans le but de minimiser le temps de service total de navires, lorsque le temps de traitement d'un navire dépend de l'emplacement de quai qui lui est assigné. Les tests sont effectués avec des quais jusqu'à 1600m et jusqu'à 60 navires. [Cordeau et al, 2005] prennent en compte à la fois le discret et le continu. Deux formulations et deux heuristiques de recherche tabou sont présentées et testées sur des instances réelles (jusqu'à 35 navires), suivies par une analyse statistique des données d'allocation de quai du port de Gioia Tauro (Italie). 47

48 Chapitre III : Problèmes portuaires et approches de résolution Arrimage de conteneurs Lorsqu'un navire arrive au port, il doit s'amarrer au quai. Le nombre de quais qui devraient être disponibles est l'une des décisions qui doit être prise. L arrimage d'un porteconteneurs est un problème fortement contraint, dans lequel les gestionnaires de terminaux n'ont pas le pouvoir de décision totale. Par exemple, les plans de chargement/déchargement sont établis par le capitaine du navire. En général, un navire fait escale dans un ou plusieurs ports où les conteneurs seront chargés et déchargés. Ceci implique l élaboration un plan de chargement/déchargement afin de prendre en compte l ordre des conteneurs destinés à des ports successifs. Le problème d arrimage de conteneurs consiste à affecter les conteneurs à des positions dans le navire en assurant sa stabilité et en minimisant le nombre de mouvements improductifs sachant que les conteneurs lourds sont généralement stockés sur la première couche de la pile dans le navire et les conteneurs légers sont empilés au-dessus [Kim et al, 2000]. [Imai et al, 1997] présentent une méthode multicritère d'optimisation pour le problème d'arrimage du navire qui prend en compte deux objectifs opposés : la stabilité du navire et le nombre de conteneurs en mouvements de chargement/déchargement. Les auteurs proposent un modèle de programmation multi-objectif en nombre entier et mettent en œuvre une méthode de pondération pour arriver à un programme à objectif unique. L approche a été appliquée à des instances contenant jusqu'à 504 conteneurs. Selon [Wilson et Roach, 2000], le problème de chargement de conteneurs est un problème, dont la taille dépend de la capacité du navire et de l offre et de la demande des conteneurs au niveau de chaque port Ordonnancement des grues de quais Les opérations de chargement et de déchargement des navires nécessitent des grues de quai qui sont très coûteuses. Le problème d ordonnancement des grues de quai se réfère à l allocation d un nombre fixe des grues de quai aux tâches ainsi qu à l ordonnancement des mouvements de chargement et de déchargement. En effet, l affectation des navires aux postes à quai nécessite de prendre en compte l affectation des grues de quai aux navires, car le nombre de grues affectées à un navire influence directement le temps de séjour du navire.le problème étudié dans [Bish, 2003] consiste à déterminer un emplacement de stockage pour chaque conteneur déchargé et assurer le routage des cavaliers afin de transporter les conteneurs du navire vers la zone de stockage. L objectif était de minimiser le temps maximum pour servir l ensemble des navires. [Lim, 2005] traitent le problème d affectation des grues aux tâches sous les contraintes de non croisement, de voisinage et de séparation. Les 48

49 Chapitre III : Problèmes portuaires et approches de résolution. auteurs proposent un algorithme de programmation dynamique et un algorithme de recherche tabou probabiliste. Ils ont testé ces algorithmes sur des instances générées (de taille dépassant 30 grues et 40 tâches) reflétant la situation du Port de Singapore. [Sammarra et al, 2007] ont décomposé le problème en un problème de routage et un problème d ordonnancement et ils ont proposé un algorithme de recherche tabou pour le problème de routage qui est intégré dans une procédure de recherche locale pour le problème d ordonnancement. Ils ont comparé leurs résultats avec ceux de [Moccia et al, 2006]. L algorithme proposé par [Sammarra et al, 2007] s est avéré capable de trouver l optimum pour plusieurs instances dans un laps de temps raisonnable Problèmes liés à la cour Le management des opérations de la cour comporte plusieurs problèmes de décision, comme le design des politiques de stockage dans les blocs de conteneurs et au niveau des baies suivant les caractéristiques spécifiques d un conteneur (taille, poids, destination, import/export, etc.), l allocation, le routage et l ordonnancement des principaux équipements de manutention qui sont les grues à quai, les grues de cour et les cavaliers qui impactent directement la performance d un terminal Ordonnancement des grues de la zone de stockage Les opérations de chargement, de déchargement et de stockage des conteneurs sont assurées par des grues de cour, Figure III.3 (yard crane (YC)). Ce sont des équipements de manutention installés sur les différents blocs de la zone de stockage. Figure III.3. Portique de parc Pour fluidifier la manutention des navires et améliorer la performance du terminal à conteneurs, il est essentiel de focaliser sur l ordonnacement des YCs. [Lee et al, 2006] 49

50 Chapitre III : Problèmes portuaires et approches de résolution. présentent le problème de gestion de la cour de stockage dans un hub de transbordement. L objectif est la réduction de la congestion du trafic. Les auteurs visent l affectation des conteneurs aux blocs de la zone de stockage ainsi que l affectation des grues de manutention aux blocs et proposent un modèle de programmation linéaire mixte qui minimise le nombre des grues nécessaires pour la réalisation des travaux de chargement. Deux heuristiques sont proposées et testées sur des instances générées aléatoirement : une méthode séquentielle et un algorithme de génération de colonnes Problème de Stockage de Conteneurs La zone de stockage est une zone tompon constituée par plusieurs blocs. Elle sert à stocker les conteneurs qui transitent par le terminal. La plupart des terminaux visent à mieux gérer la capacité limite de leurs terrains. Il est donc impératif de mieux exploiter les ressources et de bien gérer leurs espaces de stockage. Ce problème consiste à l allocation des emplacements pour le stockage des conteneurs dans un bloc. L objectif est de minimiser les coûts liès aux mouvements improductifs causés par un mauvais empilement de conteneurs. Ceci a un effet considérable sur les temps de séjour des navires, car les navires restent inactifs à quai pendant la durée de manutention. [Zhang et al, 2003] ont développé un modèle en nombres entiers concernant le problème d allocation de l espace de stockage pour le port de Hong Kong. Pour cela, ils ont décomposé le problème à deux niveaux : d une part, il s agit de déterminer le nombre de conteneurs associés à chaque bloc de stockage et d autre part, déterminer le nombre de conteneurs de chaque navire affecté à chaque bloc de stockage Ordonnancement des véhicules de transfert interne des conteneurs Les conteneurs sont transportés par les véhicules à partir des postes à quai vers les blocs de la zone de stockage. L optimisation des activités de cette phase joue un rôle très important sur l optimisation de l ensemble de la chaîne de manutention. [Vis et de Koster, 2003] proposent d'utiliser des zones tampons dans le transfert Quai-Cour, de sorte que le processus peut être dissocié en deux sous-processus : le déchargement et le transport. Un modèle de programmation en nombres entiers détermine la taille minimale de la flotte de telle sorte que chaque conteneur est transporté à l'intérieur de sa fenêtre de temps. Les résultats d'analyse sont validés par simulation, les expériences numériques montrent que le modèle fournit une bonne estimation du nombre de véhicules nécessaires. 50

51 Chapitre III : Problèmes portuaires et approches de résolution. 3. APPROCHES DE RÉSOLUTION Après avoir présenté les problématiques portuaires connues dans la littérature, nous allons présenter des approches de modélisation et de résolution en nous focalisant sur les approches d optimisation mathématique et de simulation. Ensuite, afin de préciser et de comprendre le fonctionnement des différents processus de la chaîne de manutention, nous présentons une revue de littérature sur les méthodes de modélisation des processus portuaires. Notre objectif consiste à concevoir un système de simulation permettant de proposer et de tester des modes d exploitation pour le transfert et la manutention de conteneurs entre le terminal multimodal et les terminaux maritimes du port du Havre Optimisation mathématique L objectif de cette approche est optimiser un ou plusieurs critères [Dreo et al, 2003] tout en satisfaisant un ensemble de contraintes [Christos et al, 1998]. Face à un problème d optimisation, l enjeu principal est de choisir une méthode performante. Elle doit être efficace et capable de fournir des solutions optimales en un temps raisonnable. Dans la littérature, on distingue principalement deux grandes classes de méthodes : les méthodes exactes et les méthodes approchées ou métaheuristiques (Figure III.4). Les méthodes exactes permettent de trouver des solutions optimales mais elles sont généralement utilisées pour résoudre des problèmes de petite taille. Cependant, dans le cas des problèmes de grande taille, les métaheuristiques sont souvent utilisées. Ces dernières méthodes fournissent des solutions réalisables en un temps réduit [Dolgui et Proth, 2006], [Dhaens, 2005]. Parmi les métaheuristiques les plus connues, on peut citer les algorithmes évolutionnistes comme : les stratégies d évolution, les algorithmes génétiques, les algorithmes à évolution différentielle, les algorithmes à estimation de distribution, les systèmes immunitaires artificiels, la recomposition de chemin (Pathrelinking en anglais), le recuit simulé, les algorithmes de colonies de fourmis, les algorithmes d optimisation par essaims particulaires, la recherche avec tabou et la méthode GRASP [Dolgui et Proth, 2006]. 51

52 Chapitre III : Problèmes portuaires et approches de résolution. Algorithmes de résolution Algorithmes exactes Heuristiques Branch andbound Programmation dynamique Heuristiques spécifiques Méta heuristiques Recuit simulé Algorithmes génétiques Recherche tabou Figure III.4. Classification des méthodes d optimisation Il existe aussi plusieurs métaheuristiques [Christos et al, 1998], plus ou moins connues, tels que, l algorithme du kangourou, la méthode de Fletcher et Powell, la méthode du bruitage, l escalade de collines à recommencements aléatoires et la méthode de l'entropie croisée. La recherche dans ce domaine est très active, il est impossible de définir une liste exhaustive des différentes métaheuristiques d optimisation. La littérature montre un grand nombre de variantes entre méthodes, particulièrement dans le cas des algorithmes évolutionnaires. Les outils d'optimisation ont été largement appliqués pour chercher des solutions aux problèmes qui se posent au niveau des terminaux à conteneurs. Dans [Kemme, 2012], on donne une classification des problèmes de planification des terminaux en fonction des quatre zones (voir chapitre 2). De nombreuses techniques d'optimisation [Kemme, 2012] sont appliquées pour la gestion d un terminal à conteneurs selon les trois niveaux de décision (stratégique, tactique et opérationnel), principalement les méthodes exactes et les métaheuristiques. Les travaux [Moccia et al, 2006 ; Sammarra et al, 2007 ; Hartmann, 2005], traitent des problèmes spécifiques tels que l ordonnancement d un type d équipement, l affectation des navires aux quais ou l affectation des espaces de stockage. [Zehendner et al, 2011] déterminent une affectation de ressources optimisée qui minimise les délais des modes de transport terrestre tout en respectant les délais imposés des navires. [Hartmann, 2005] a 52

53 Chapitre III : Problèmes portuaires et approches de résolution. développé un algorithme génétique afin de proposer un ordonnancement des tâches pour les chariots cavaliers, les Véhicules Guidés Automatisés (AGV), les grues d'empilage et les travailleurs. Le but est de minimiser les retards moyens des différentes tâches concernant la manutention dans le port de Hambourg Simulation Selon [Drogoul, 1993] : «On nomme simulation la démarche scientifique qui consiste à réaliser une reproduction artificielle, appelée modèle, d un phénomène réel que l on désire étudier, à observer le comportement de cette reproduction lorsqu on en fait varier certains paramètres, et à en induire ce qui se passerait dans la réalité sous l influence de variations analogues. La démarche de simulation passe donc par trois étapes distinctes: l étape de modélisation, qui consiste à construire le modèle du phénomène à étudier, l étape d expérimentation, qui consiste à soumettre ce modèle à un certain type de variations, et l étape de validation, qui consiste à confronter les données expérimentales obtenues avec le modèle à la réalité.» La simulation de flux est aujourd hui un outil largement utilisé pour concevoir un modèle représentant un système réel. Le développement de la chaine logistique apporte de nouvelles applications pour la simulation de flux. Longtemps utilisée pour concevoir ou reconcevoir des unités de production, la simulation est aussi utilisée aujourd hui comme outil d aide à la conduite de systèmes de production. La simulation est le développement d expériences sur un modèle. Elle permet la représentation d un système réel, en vue d évaluer ses performances et les propriétés de son comportement. Par ailleurs la simulation peut être utilisée pour dimensionner un système, améliorer le taux d utilisation des équipements et aussi démontrer le potentiel de l installation d un nouvel équipement [Armando et Stefano, 2012]. Les approches de simulation permettent la modélisation dynamique des comportements de l entreprise, avec des degrés variés de contraintes et des politiques différentes. Elles peuvent traiter les diverses contingences occasionnées par les incertitudes, par exemple, de l approvisionnement et de la demande. Elles ne peuvent pas générer une solution par elles-mêmes, elles peuvent seulement exécuter les modèles selon des paramètres et des conditions pré spécifiées. En général elles sont utilisées pour évaluer et comparer des scénarios possibles. La conduite d une simulation nécessite de suivre les étapes suivantes [Figure III.5] : 53

54 Chapitre III : Problèmes portuaires et approches de résolution. Collecter les données Construire le modèle Lancer la simulation Valider le modèle Expérimentations sur le modèle Analyser les résultats Figure III.5. Les étapes nécessaires pour la conduite d une simulation (Source [Drogoul, 1993]) 1) Analyser et modéliser le système étudié : la simulation consiste à construire un modèle à partir d un système réel et à réaliser des expériences sur ce modèle afin de tester son fonctionnement et d évaluer ses performances. Pour ceci, une première modélisation est indispensable afin de préciser les processus à simuler, d'exprimer les différentes relations et interactions entre ces processus, les liens du futur système avec l environnement et les systèmes existants et ainsi les différents acteurs impliqués dans les différentes activités. 2) Construire le modèle de simulation : le développement d'un simulateur peut se faire soit par l'utilisation d'un langage de simulation (ARENA, Flexsim, Anylogic) ou l'utilisation d'un langage de programmation. 3) Mettre en œuvre le modèle de simulation : cette phase est le résultat des étapes précédentes. Il s'agit de lancer la simulation du modèle réalisé afin d'obtenir les résultats spécifiés. L'objectif principal de cette phase est de tester plusieurs scénarios pour analyser et évaluer la performance du système étudié. 4) Valider le modèle de simulation : la validation d un modèle de simulation joue un rôle très important, car elle permet aux exploitants de faire confiance aux résultats des simulations. L'objectif principal du processus de validation est de s'assurer que les hypothèses et la modélisation du système réel sont raisonnables et correctement mises en œuvre. 54

55 Chapitre III : Problèmes portuaires et approches de résolution. Il existe différents types de simulation, à savoir, la simulation à événements discrets, la simulation continue et la simulation multi-agent La simulation à événements discrets et simulation continue Au mois d'octobre 1961, Geoffrey, ingénieur chez IBM a présenté la première version de GPSS (General Purpose Simulation System), qui est considérée comme la première méthode de mise en œuvre du logiciel de modélisation à événements discrets [Andrei, 2013]. Dans une simulation à événements discrets, le système étudié change d'état suite à l arrivée d'un ou de plusieurs événements. La simulation à événements discrets permet de décrire des systèmes dont l'état change à des instants précis [Xiaojun, 1994]. Une de ses limites est due à son principe qui consiste à décrire les changements d'état par des algorithmes et de définir pour chaque événement des contraintes de précédence entre les activités. Quant à la simulation continue où le système se présente sous forme d équations différentielles, elle permet de modéliser un système évoluant au cours du temps, représenté par des variables d état qui évoluent dans le temps. La méthode des systèmes dynamiques est créée au milieu des années 1950 par le professeur Jay Forrester. L'idée de Forrester était d'utiliser les lois de la physique, en particulier les lois de circuits électriques, pour décrire et étudier la dynamique des systèmes économiques et, plus tard, les systèmes sociaux. Les principes et le langage de modélisation de la dynamique du système ont été développés dans les années 1950 et au début des années 1960, et demeurent inchangés aujourd'hui [Andrei, 2013]. Il existe plusieurs approches pour modéliser les systèmes à événements discrets [Xiaojun, 1994] à savoir : Approche par événements, Approche par cycle d'activités, Approche par processus et Approche par objets. Dans ce mémoire, nous nous intéressons à l'approche objets. La simulation orientée objet Les phases d analyse et de conception dans un processus du développement d un projet sont deux phases essentielles et primordiales, pour cela le choix de l approche et de la méthode à suivre par rapport au type du système ou bien du problème à modéliser est fondamental. L'approche par objet consiste à modéliser le système par un ensemble d entités qui interagissent entre eux par envoi de messages [Won et Yong, 1999]. Grâce à ses propriétés de réutilisabilité, de localité des données et de sa capacité d'intégration des 55

56 Chapitre III : Problèmes portuaires et approches de résolution. informations l'objet doit utiliser l'ensemble de ces caractéristiques pour répondre aux attentes du concepteur. La conduite d une simulation objet nécessite une analyse du système afin de le décomposer en un certain nombre d'objets. En effet, ces objets doivent avoir des attributs et des opérations. Ensuite, il convient de décrire ces objets, leurs attributs et l interaction entre eux. Pour faire face à la complexité croissante des systèmes de fonctionnement des entreprises, de nouvelles méthodes et outils ont été crées. La principale avancée de ces dernières années réside dans la programmation orientée objet (P.O.O.). Face à ce nouveau mode de programmation, les méthodes de modélisation classique (Exemple : MERISE) ont rapidement montré certaines limites et ont dû s adapter. C est ainsi qu est apparu UML (Unified Modeling Language «langage de modélisation unifié») [Gabay et Gabay., 2008]. C'est un langage graphique de modélisation objet des données. C'est une formalisation non propriétaire utilisée en génie logiciel. UML est un langage pour visualiser, spécifier, concevoir et documenter les artefacts d un système à base logicielle. Il permet de décrire le système dans son environnement et il offre une vue complète des aspects statiques et dynamiques du système. Les processus du système étudié seront formalisés sous forme d use-case d activité et de diagramme de séquence ensuite le comportement général du système sera décrit sous le diagramme de classe La simulation Multi Agent La simulation Multi Agent est une méthode de modélisation plus récente que les systèmes dynamiques ou la modélisation à événements discrets [Andrei, 2013]. Un système multi-agents est un système constitué d'un ensemble d'agents, situés dans un certain environnement et interagissant selon certaines relations. Selon [Ferber 95] : «Un agent est une entité autonome, réelle ou abstraite, qui est capable d agir sur elle-même et sur son environnement, qui, dans un univers multi-agents, peut communiquer avec d autres agents, et dont le comportement est la conséquence de ses observations, de ses connaissances et des interactions avec les autres agents». En effet, un agent est défini comme une entité. Il est caractérisé par un état et un comportement tout comme l objet. Deux notions importantes sont abordées dans cette définition. D une part, l autonomie permettant à un agent le contrôle de son comportement 56

57 Chapitre III : Problèmes portuaires et approches de résolution. sans l intervention d autres agents ou d êtres humains. D autre part, la capacité d un agent à communiquer avec d autres agents. Donc, un système multi-agents est composé d agents autonomes et leur principe consiste à coopérer et à communiquer afin d atteindre un objectif avec les meilleurs performances Choix de l approche de résolution Selon [Ung et Masanobu, 2009], la simulation est le meilleur outil utilisé pour représenter n'importe quel système du monde réel. Elle est souvent utilisée pour l analyse des systèmes complexes. La plupart des modèles de simulation sont basés sur la simulation à événements discrets [Armando et Stefano, 2012]. Ce type de simulation permet de dépasser les limites des approches mathématiques d optimisation et d aider à répondre à la question «what if?». La simulation permet la représentation d un système réel, en vue d évaluer ses performances et les propriétés de son comportement. Par ailleurs, la simulation peut être utilisée pour dimensionner un système, améliorer le taux d utilisation des équipements et aussi démontrer le potentiel de l installation d un nouvel équipement. Les approches basées sur la simulation permettent la modélisation dynamique des comportements de l entreprise, avec des degrés variés de contraintes et des politiques différentes. Elles peuvent traiter les diverses possibilités occasionnées par les incertitudes. Néanmoins, la simulation ne peut pas générer une solution optimale par elle-même, mais seulement exécuter les modèles selon des paramètres et des conditions pré spécifiées. En général elle est utilisée pour évaluer et comparer des scénarios possibles. [Persson et Araldi, 2009] affirment que la simulation permet de prendre en compte la dynamique des systèmes, de faciliter la modélisation et de capturer les incertitudes et les complexités de la chaîne logistique. Une approche modulaire a été proposée par [Yuh et Yuh, 2007] pour modéliser et simuler la chaîne logistique en prenant en compte le système de communication, d information et de connaissance. Dans le domaine portuaire, la simulation a été largement utilisée pour étudier les processus de manutention dans les terminaux à conteneurs. L objectif de [Ung et Masanobu, 2009] est d estimer les effets des séismes sur la performance du système d'exploitation du terminal. L indicateur de performance majeur considéré est le pourcentage de la perte économique lorsqu un séisme se produit ; ceci se traduit par la diminution du trafic de conteneurs. Dans [Won et Yong, 1999], un modèle de simulation SIMPLE++ analyse le fonctionnement du terminal à conteneurs de 57

58 Chapitre III : Problèmes portuaires et approches de résolution. Pusan, en Corée, par rapport aux indicateurs de performance : taux d occupation des engins de manutention et le taux d occupation de la zone de stockage. [Kia et al, 2002] utilisent la simulation pour comparer statistiquement deux différents systèmes opérationnels et proposent une solution pour réduire la congestion du terminal et augmenter sa capacité. Le modèle de simulation de [Nam et al, 2002] détermine la taille optimale en termes de postes à quai et de grues de quai pour un terminal à conteneurs. Un autre modèle de simulation [Lee et al, 2003] a été développé pour évaluer les opérations portuaires dans une chaîne d'approvisionnement. [Zeng et Yang, 2009] ont proposé un modèle pour simuler l ordonnancement des opérations de manutention dans les terminaux à conteneurs. L'objectif de [Bielli et al, 2006] est l évaluation des opérations de chargement et de déchargement des navires en fonction du temps et du coût. Ils ont également évalué plusieurs politiques de stockage et différentes procédures d'allocation des ressources en se basant sur des résultats fournis par les algorithmes d optimisation. [Khosnevis et al, 2000] ont étudié l impact de l utilisation des véhicules automatisés sur la performance des opérations de chargement et de déchargement au niveau des zones de stockage de conteneurs. La simulation permet de décrire le fonctionnement d un système sans pour autant générer une solution optimale. Par contre, l optimisation fournit une solution optimale sans décrire totalement le fonctionnement du système [Armando et Stefano, 2012]. Pour tirer profit simultanément des deux approches, plusieurs travaux proposent des couplages entre les deux approches. Ainsi une approche d'optimisation [Better et Glover, 2008] a été intégrée dans la simulation pour prendre en compte des risques et des incertitudes. Le couplage de l optimisation et la simulation [Almeder et al, 2009] visent à déterminer les variables de décision de la simulation en utilisant l optimisation. Les résultats de la simulation (les coûts, les délais de production et de transport) alimentent l optimisation, qui en retour détermine les variables de décision de la simulation et ainsi de suite. [Cordeau et al, 2015] intègrent la simulation dans une heuristique de recherche locale afin de gérer le routage des chariots cavaliers dans un terminal à conteneurs en minimisant les distances parcourues et de réduire les temps d attente. Dans notre cas [Benghalia et al, 2014], nous avons couplé le modèle de simulation avec l optimisation afin de déterminer les variables de décision de la simulation du transfert ferroviaire de conteneurs et de valider les différents choix fonctionnels (nombre de locomotives, nombre de wagons, ordonnancement de trajets). Ce dernier travail est présenté dans le chapitre six. 58

59 Chapitre III : Problèmes portuaires et approches de résolution. 4.CONCLUSION Nous avons décrit les opérations concernant le fonctionnement d un terminal à conteneurs. Le chapitre fait état d'une synthèse sur les différents problèmes portuaires connus dans la littérature à savoir les problèmes liés à la zone à quai et les problèmes liés à la zone à cour. Ces problèmes sont donc répartis sur les deux zones constituant un terminal à conteneurs. Dans une deuxième partie, nous avons présenté des approches de résolution courantes pour les problèmes des terminaux à conteneurs. Chaque approche a une vision différente. Il s agit des approches : par optimisation, simulation ainsi que le couplage optimisation et simulation. Dans le chapitre suivant nous allons nous concentrer sur les systèmes de mesure de performance des chaînes logistiques. Nous présenterons ainsi un aperçu sur les méthodes de définition et d implantation d indicateurs de performance les plus connues afin de préciser notre démarche retenue. 59

60 CHAPITRE IV : ÉVALUATION DE LA PERFORMANCE ET CONTRIBUTION

61 Chapitre IV : Évaluation de la performance. Sommaire 1. INTRODUCTION REVUE DE LITTÉRATURE La notion de performance Rôle et importance des indicateurs de performance Mesure de performance Évaluation de la performance MÉTHODES POUR LA MESURE ET L'ÉVALUATION DE LA PERFORMANCE Triplet efficacité / efficience / pertinence La méthode ABC/ABM (L Activity Based Costing et l Activity Based Management) Le modèle BSC : Balanced ScoreCard Le modèle SCOR : Supply Chain Operation Reference modele La méthode ECOGRAI La méthode GRAI (Graphe à Résultats et Activités Inter-reliés) NOTRE DÉMARCHE ECOGRAISIM Limites d'ecograi et contribution CONCLUSION

62 Chapitre IV : Évaluation de la performance. 1. INTRODUCTION La complexité croissante et les différentes entités impliquées dans le fonctionnement d un terminal à conteneurs [Henesey, 2006], nécessitent une amélioration continue de ses performances, notamment en raison des coûts associés et de l impact sur les capacités de manutention de conteneurs. En effet, une seule mesure de performance n est pas suffisante, aujourd hui, les industriels ne se limitent plus aux simples notions de productivité ou de qualité produit, ils orientent leurs stratégies en direction de la satisfaction des clients tout en maîtrisant l aspect environnemental et en assurant un niveau de sécurité et de sûreté de fonctionnement [Jacot, 1990]. L évaluation des critères de performance, notre objectif d étude, fait l objet de plusieurs travaux de recherches dans différents domaines. L'un des principaux objectifs de cette thèse consiste à étudier et à développer une démarche pour modéliser et évaluer la performance des terminaux à conteneurs. En effet, dans le chapitre précédent, nous avons orienté notre choix d'approche vers le couplage entre l'optimisation et la simulation afin de proposer et d'étudier des modes de transfert de conteneurs entre les terminaux à conteneurs du port du Havre. Dans ce chapitre, notre objectif consiste à proposer une démarche permettant de déterminer les indicateurs de performance à mesurer. Tout d'abord, un bilan bibliographique sur la performance et sur les outils d évaluation de celle-ci sera présenté. Ensuite, une démarche d aide à la détermination des indicateurs de performance, ECOGRAISIM, a été proposée pour le pilotage des chaînes logistiques portuaires. Dans le chapitre suivant, nous déployons cette proposition sur un cas industriel réel ; il s'agit de modéliser la structure de pilotage générale du futur terminal multimodal et d'évaluer la performance de ses processus de manutention et de transfert de conteneurs maritimes. 2. REVUE DE LITTÉRATURE Pour être en mesure, par la suite, de proposer une démarche d'évaluation de performance, nous abordons dans un premier temps les différentes notions et concepts de la performance à savoir les notions : d'indicateur de performance, de mesure de performance et d'évaluation de la performance. Ensuite, nous présentons les méthodes de développements et d'évaluation des indicateurs de performance et nous terminons par une synthèse générale détaillant le choix de notre démarche. 62

63 Chapitre IV : Évaluation de la performance La notion de performance De nombreux recherches ont pour objet d étude l évaluation de la performance. Chacune propose une définition selon le domaine de son étude et les objectifs qui orientent son analyse. Le mot performance signifiait accomplissement, réalisation et résultats réels. Selon Larousse, la performance peut être définie comme un record ou un succès, «Faire un tel travail en si peu de temps, c'est une véritable performance». La notion de performance peut être interprétée différemment d un domaine à un autre. Le centre national de ressources textuelles et lexicales [CNRTL] propose les définitions suivantes : dans le domaine sportif, la performance indique le résultat obtenu par un athlète. En psychologie, c est un test non verbal permettant l estimation de l'intelligence réelle de l'être humain. [Le mestre, 2004] affirme que la performance désigne les résultats d'une action ou d'un fonctionnement qui seront par la suite comparés à un référant. Dans le domaine industriel, une unité de production performante signifie que ses processus sont optimisés, la production se déroule au bon moment et au moindre coût. En outre, améliorer la performance en entreprise n implique pas forcément la minimisation des coûts ou la maximisation de la production. Il s agit plutôt d une performance multicritères [Humez, 2008] où il faut considérer plusieurs indicateurs afin de sélectionner les meilleures combinaisons. Dans le domaine portuaire, les critères à évaluer au sein d un terminal à conteneurs sont liés directement aux coûts d investissement et à la productivité. Dotés ainsi d un important poids en terme de coûts dans la chaine logistique, les terminaux à conteneurs pour ne pas se voir marginaliser, doivent s'efforcer d assurer quotidiennement la fluidité des flux informationnels et physiques. La notion de performance donc est complexe [Voyer, 2006]. Elle est multicritère et s articule autour de plusieurs enjeux à savoir le coût, l amélioration continue, la qualité de service, les délais et la qualité de vie au travail. En effet, le degré de performance d une entreprise compétitive est déterminé en fonction de sa capacité à réagir face à des situations et à des perturbations probables, il est aussi lié à sa capacité à apporter de nouvelles solutions d innovation ou à améliorer une solution existante Rôle et importance des indicateurs de performance Un indicateur de performance est considéré comme une variable quantifiée pertinente pour la prise de décision et le pilotage [Beaudry]. Il permet également l évaluation des résultats obtenus après l exécution des tâches. Pour le secteur de la logistique, l ensemble d indicateurs de performance a pour objectif l évaluation de l efficacité et de la viabilité du 63

64 Chapitre IV : Évaluation de la performance. système et concerne tous les niveaux décisionnels : stratégique, tactique et opérationnel. Plusieurs définitions de la notion d indicateur de performance ont été données dans la littérature. - D'après [Lorino, 1996], un indicateur de performance permet d' «aider un acteur, individuel ou plus généralement collectif, à conduire le cours d une action vers l atteinte d un objectif ou devant lui permettre d évaluer le résultat». - La notion d indicateur de performance représente d une part une donnée permettant d aider un décideur ou un groupe à effectuer les choix nécessaires pour atteindre les objectifs fixés. D autre part, il est considéré comme une donnée qui permet d indiquer l efficacité par rapport à un objectif ou à une norme déterminée. Dans le domaine portuaire, la liste des indicateurs de performance permet de contrôler la mise en œuvre des règles de gestion et d explorer les améliorations possibles. Elle n est jamais définitive car elle est liée aux besoins des utilisateurs où les objectifs ont une influence sur les indicateurs de performance. Les indicateurs de performance doivent être de type SMART (S : spécifique, M : mesurable, A : Atteignable, R : Raisonnable, T : temporel) ou encore appelé indicateurs de performance intelligents [Beaudry]. Deux types d indicateurs de performance sont considérés dans [Beaudry], indicateurs de type résultat permettant de savoir si l objectif fixé est atteint ou non et indicateurs de type processus. Ce dernier type permet d avoir des informations concernant un processus précis. Par exemple, un indicateur qui permet de connaître le taux de manutention des conteneurs par heure dans un terminal et si une baisse se produit, ceci conduira à chercher les causes afin de prendre des décisions nécessaires. Dans [Gaugris, 2008] les indicateurs de performance sont classés en trois types : taux de croissance, ratios et indicateurs de contribution. [Chan, 2003] considère les indicateurs quantitatifs et les indicateurs qualitatifs. Indicateurs quantitatifs : concernent le nombre et le pourcentage d objets impliqués dans le fonctionnement de l organisation étudiée. Dans cette catégorie, nous pouvons distinguer : - des indicateurs liés aux différentes opérations [Zhao et Xie, 2002] de stockage, de transport, etc. - des indicateurs financiers [Chu et Lee, 2006] tels que le taux de rendement, le revenu, le profit et le prix de vente. 64

65 Chapitre IV : Évaluation de la performance. Les indicateurs qualitatifs sont d une importance incontournable. Il n est pas suffisant de savoir qu un tel objet participe à une activité, c est la qualité de sa participation et par conséquent la qualité de service qui est de la plus haute importance, par exemple, le taux de satisfaction des clients et le taux de service. Dans le domaine portuaire, afin d assurer une gestion rentable d un port ; pour l ensemble des processus liés par la manutention, chaque terminal doit maitriser ses coûts et ses stratégies de gestion. En effet les indicateurs concernant les coûts de manutention, les dépenses générales et les montants de rendement doivent être définis et calculés. Ces indicateurs sont de type financiers parce qu ils seront utilisés directement par le service de comptabilité au sein du port. L indicateur principal est celui qui exprime le rendement concernant le volume de conteneurs manutentionnés. Les indicateurs opérationnels : permettent aux décideurs la planification et le suivi à moyen terme. Pour des raisons de complexité et du nombre important d'acteurs assurant le fonctionnement d un terminal, une seule mesure de performance ne peut être suffisante. Les indicateurs les plus utilisés sont : le nombre d arrivées de navires et leur temps de séjour dans le quai ainsi le nombre de conteneurs manutentionnés par heure quand le navire est à quai. La performance environnementale appelée aussi performance écologique est aujourd'hui largement prise en compte par les acteurs portuaires. L enjeu consiste à la protection de la terre, l air et l'eau en contrôlant [Merk et al, 2011]: - les différentes émissions à savoir le volume de gaz à effet de serre, les oxydes de soufre (Sox), etc. - la consommation d'eau et la production de déchets. D après [Merk et al, 2011], les données sur la qualité de l air communiquées par le port du Havre, montrent que : - 17% des émissions de NOx et 10% des émissions de SO2 dans l agglomération du Havre étaient liées aux transports maritime et fluvial. - La grande partie des émissions (environ 70% pour le CO2 et les NOx, et 85% pour le SO2) est liée aux secteurs touchant à l énergie présents dans la zone portuaire. Pour faire face, plusieurs éléments peuvent être considérés tels que : - la qualité des carburants ; - l utilisation de l'électricité; 65

66 Chapitre IV : Évaluation de la performance. - la limitation de la consommation d'énergie; - la répartition modale et le développement de la multimodalité; - la réduction des poussières causées par la manutention des charbons, céréales, etc. La performance sociale, quant à elle, son objectif consiste à gérer les différents conflits sociaux [Frédouët et Le Mestre; 2005]. Dans le domaine portuaire, il s agit d améliorer les conditions générales de travail au sein du réseau portuaire (gérer les nuisances sonores, limiter certaines activités la nuit et le weekend, etc.). Il existe une variété d indicateurs de performance de la chaîne logistique [Berrah, 2002]. Il n y a pas un ensemble précis d indicateurs valables pour toutes les chaînes logistiques. L ensemble des indicateurs choisis doit dépendre de la nature des activités réalisées par la chaîne [Mouloua, 2007]. En revanche, prendre trop d indicateurs dans un environnement complexe peut rendre la gestion difficile en n ayant pas assez de visibilité sur les décisions qu il faut prendre. Néanmoins, prendre peu d indicateurs ne serait pas suffisant pour évaluer la performance. L enjeu principal donc est de déterminer l ensemble de bons indicateurs et de les accompagner par une démarche permettant la conduite d une évaluation de performance Mesure de performance «If you can not measure it, you can not improve it» est une citation parmi les citations du physicien britannique William Thomson [Kelvin]. Il est indispensable de mesurer les performances d une entreprise pour savoir si sa politique correspond aux objectifs ou si un ou des changement (s) sont à envisager afin de rester opérationnelle [Beamon et Chen, 2001]. Pour mettre en place un système de mesure de la performance, plusieurs éléments sont à prendre en considération à savoir ce qu il faut mesurer et à quel niveau décisionnel il faut mesurer. Dans le domaine portuaire et comme dans tous les autres domaines, la mesure de la performance est indispensable.[franco et al, 2007] décrivent les intérêts attendus d un système de mesure de performance pour une entreprise ou une organisation. Il s agit de : - poursuivre les progrès atteints et d évaluer leur gain présent ; - savoir si le processus de planification répond aux exigences stratégiques ; - analyser le comportement actuel de l entreprise pour mieux contrôler son comportement futur. La mesure de performance conduit à apporter continuellement des modifications pour l atteinte des objectifs. Les travaux menant à la définition des méthodes d identification des 66

67 Chapitre IV : Évaluation de la performance. indicateurs et de mesure de performance sont apparus au cours du vingtième siècle(figure IV.1). Figure IV.1. Chronologie des principales démarches pour le pilotage par la performance (Source [Matthieu Lauras, 2004]) C est à partir des années 1980 que les entreprises ont commencé à s intéresser à l amélioration de la qualité et aux différents contrôles budgétaires en réalisant les premiers tableaux de bord permettant un début du pilotage de la performance. Des méthodes comme l Activity Based Costing (ABC) puis l Activity Based Management (ABM) dont l objectif est la gestion par activités, ont été développées [Matthieu Lauras, 2004]. Les premiers travaux qui définissent les méthodes d identification des indicateurs et de mesure de performance sont apparus au début des années 90 [Vincent, 2005]. Parmi ces méthodes on peut citer : FLR (Framework for Logistics Research), BSC (Balanced ScoreCard), WCL (World Class Logistics Model), APICS (Association for Operations Management), le modèle SCOR (Supply Chain Opérations Référence), ECR (Efficient Customer Response). Aux Etats-Unis, R.S. Kaplan et D.P. Norton développent le principe du Balanced ScoreCard autour de quatre dimensions : finances, clients, processus et apprentissage. En France, [Bitton, 1990] crée la méthode ECOGRAI permettant de développer des Systèmes d Indicateurs de Performance (SIP) en déterminant les objectifs et les variables de décision. Le principe de ces méthodes consiste à la modélisation des processus de l entreprise étudiée. Les objectifs et les indicateurs liés sont souvent déterminés par rapport à des facteurs de performances [Ducq, 2007]. La modélisation du système à piloter est une nécessité afin de 67

68 Chapitre IV : Évaluation de la performance. décomposer toute la structure organisationnelle et de gérer les interactions entre les activités pour atteindre les objectifs [Bitton, 1990] Évaluation de la performance La question principale n est souvent pas de savoir s il faut améliorer la performance, mais plutôt comment le faire et comment procéder. En effet, l évaluation de la performance repose essentiellement sur les méthodes et les outils de mesure. La mesure fournit un relevé d'indicateurs tandis que l évaluation consiste à prendre des décisions pour atteindre les objectifs en s appuyant sur des indicateurs mesurés. En d autres termes, la mesure de performance est un moyen indispensable à l évaluation de performance. Cette dernière permet de concevoir un nouveau système performant, de modifier un système ou encore de piloter un système existant. Selon [Jacot, 1990] «la mesure conserve un rôle important mais s en tient aux effets. L évaluation est de portée plus générale : on tente de remonter aux causes et on se prononce également sur les objectifs et leur mise en œuvre». Il y a un lien fort entre les notions de mesure et d évaluation de la performance. En effet, l évaluation de la performance consiste à comparer l écart entre la mesure et l objectif. Dans le schéma ci-dessous (Figure IV.2), nous expliquons notre vision d'évaluation de performance. En effet, la première étape consiste à définir les objectifs à atteindre : ce sont les décideurs qui doivent déterminer leurs politiques de gestion. Une fois ces objectifs déterminés, les indicateurs de performance doivent être définis avec précaution. C'est une phase cruciale dans la démarche d'évaluation car ce sont les indicateurs de performance qui donnent une indication soit d une réussite ou d un échec d atteinte des objectifs. Pour mesurer ces indicateurs, il y a plusieurs façons dépendant du contexte général et du système étudié. En ce qui concerne notre travail de thèse, nous avons développé un outil de simulation qui permet de relever les valeurs d'indicateurs de performance issues des différentes comparaisons entre les scénarios de transfert de conteneurs. Il permet également d'agir sur le mode de fonctionnent et de tester différentes actions. En général, il y a deux démarches possibles pour l évaluation de la performance [Matthieu Lauras, 2004]: Evaluation de performance a priori : appelée «optimisation» elle consiste à établir le modèle à étudier afin de l'analyser par la suite. L analyse permet l obtention des performances du système étudié afin de les comparer aux objectifs fixés et la 68

69 Chapitre IV : Évaluation de la performance. modification des variables d action du modèle dans le cas où les objectifs ne sont pas atteints. Evaluation de performance a posteriori : elle consiste d abord à mesurer la performance du système étudié (le système existant). L'analyse du système permet d établir des décisions pertinentes pour le pilotage du système. Cette analyse nécessite la maîtrise parfaite des flux (physiques, informationnels, financiers, décisionnels, etc.) du système étudié. Évaluer la performance Fixer les objectifs à atteindre Déterminer les indicateurs et les critères de performance Relever et/ou Calculer les indicateurs et les critères de performance Mesurer Comparer avec les objectifs fixés au départ Objectifs atteints? Évaluer Décider et agir Figure IV.2. Démarche d évaluation de la performance D après [Burlat et Boucher, 2003] la démarche d évaluation de la performance se fait à travers un modèle d interprétation du système réel. Elle s effectue par l analyse du modèle ou par la mesure directe. Ce modèle doit permettre la description des liens de causalité entre 69

70 Chapitre IV : Évaluation de la performance. les actions sur le système et ses performances en sortie. Ainsi, trois notions principales sont nécessaire à l évaluation de la performance : l objectif, la mesure et la variable d action ou de décision). Ces trois notions doivent permettre l'identification d'un certain nombre d indicateurs de performance qui peuvent être difficiles à quantifier [Tan, 2001]. 3. MÉTHODES POUR LA MESURE ET L'ÉVALUATION DE LA PERFORM ANCE 3.1. Triplet efficacité / efficience / pertinence L'évaluation de la performance d'une organisation peut être réalisée sur la base du triangle "Objectifs, Moyens, Résultats" et les concepts : efficacité, efficience et pertinence (Figure IV.3). L'efficacité est atteinte seulement si les résultats obtenus répondent aux objectifs fixés au départ. L'efficience consiste à assurer que le système est opérationnel, quant à la pertinence, il s'agit de prouver que les moyens offerts permettent d'atteindre les objectifs espérés. Objectifs Pertinence Efficacité Moyens Efficience Résultats Figure IV.3.Triangle : Objectif, Moyen, Résultat Cette approche ne propose pas une phase d'analyse des processus. Son objectif est de savoir si le système étudié est performant ou non mais d'une manière non structurée (aucune démarche à suivre) La méthode ABC/ABM (L Activity Based Costing et l Activity Based Management) L Activity Based Costing (ABC) et l Activity Based Management (ABM) sont des démarches destinées à donner des informations pertinentes sur les coûts et les marges. Elles permettent notamment d améliorer l utilisation des ressources disponibles en éclairant les choix de sous-traitance, en aidant à la définition de l organisation des compétences ou en 70

71 Chapitre IV : Évaluation de la performance. dotant l entreprise de tableaux de bord orientés vers le pilotage des performances [Ravignon et al, 1998]. La méthode ABC a été crée en Elle vise à analyser les coûts et les marges, mais va au-delà du simple calcul des frais de retour. Elle nécessite une connaissance approfondie de l'entreprise. Le principe de la gestion par activités consiste finalement à obtenir le coût réel d'un produit ou d un service et, par extension : le coût de revient des composants du produit ou encore de chaque étape de son processus; le contrôle budgétaire global et détaillé ; le suivi des écarts, des dépassements, par activités et par produits ; la simulation de coûts de revient pour le lancement de tout nouveau produit ; le repérage des étapes à franchir pour atteindre une cible en termes de rentabilité. En effet, la méthode ABC/ABM permet une bonne compréhension des processus du système étudié et elle est suggérée comme un bon support pour la comptabilité, par contre, elle est basée principalement sur les coûts qui sont affectés aux différentes activités de l'entreprise et elle nécessite la maîtrise de certaines compétences notamment en management et en gestion de projet [Matthieu Lauras, 2004] Le modèle BSC : Balanced ScoreCard Il a été développé par Kaplan et Norton. Il vise des mesures équilibrées pour maintenir la stratégie de l'entreprise. Son principe repose sur quatre axes d'analyse: les clients, les finances, les processus internes, l'innovation et la croissance. Il intègre une dimension humaine à la mesure de la performance. Il est spécifiquement orienté vers la gestion générale et peut être appliqué à partir du niveau stratégique à travers le plan organisationnel. Il vise à établir des causalités entre la performance de chaque axe d'analyse [Kaplan et Norton, 2001]. Le BSC (Balanced ScoreCard) est un système de mesure de performance. Il permet de déterminer des indicateurs de performance correspondant aux objectifs financiers et de donner grâce à un ensemble limité d indicateurs, une vue compréhensive de la façon dont les résultats sont obtenus Le modèle SCOR : Supply Chain Operation Reference modele Il a été développé en 1996 par le Conseil de la chaîne d'approvisionnement. Il s agit dans ce cas de la définition d un modèle de référence visant à piloter les chaînes logistiques 71

72 Chapitre IV : Évaluation de la performance. en intégrant des indicateurs standard permettant d'analyser quatre dimensions : la fiabilité de la performance commerciale, la flexibilité / réactivité, le coût de la chaîne 'approvisionnement et la rotation du capital engagé [SCC, 2010]. Il peut être appliqué à toutes les entreprises du secteur industriel et des services, au niveau tactique et opérationnel pour une mise en œuvre des décisions relatives à la planification stratégique de l'entreprise. Le but du modèle SCOR est d améliorer la performance par le contrôle des processus qui peut se faire grâce à la mesure. Ce contrôle des processus est un système difficile à mettre en place mais il est essentiel pour améliorer la performance. Figure IV.4. Le modèle SCOR version 10 (Source : [SCC, 2010]) Le modèle est constitué par cinq processus principaux (Figure IV.4) : PLAN : processus de planification ; SOURCE : processus d approvisionnement ; MAKE : processus de fabrication ; DELIVER : processus de livraison ; RETURN : processus de retour. En général dans l approche SCOR, on distingue trois grandes étapes : L analyse : pour décrire et modéliser la chaîne logistique concernée ; L évaluation : l étape évaluation offre des indicateurs de performance courants pour les chaînes logistiques ; L amélioration : enfin cette étape vise à appliquer le modèle SCOR. La démarche proposée par le modèle SCOR contient quatre niveaux à suivre : 72

73 Chapitre IV : Évaluation de la performance. - Le niveau 1 : décrit les processus d une façon globale et il permet de définir le périmètre et le contenu du modèle SCOR en s appuyant sur les fonctions (approvisionner, faire, délivrer, planifier et retourner) ; - Le niveau 2 : définit les différentes catégories des cinq processus du niveau 1 permettant de définir la configuration et les méthodes de chaque composante de la chaîne étudiée ; - Le niveau 3 : décompose et décrit chaque processus en activités permettant l identification des flux d informations entrant et sortant ; - Le niveau 4 : ce niveau est laissé à l'appréciation des entreprises. Il ne propose pas d'indicateurs de performance et il consiste à descendre aux activités élémentaires. La prise en compte, par l application du modèle SCOR de toutes les activités liées au flux de matières et de produits conduit à des indicateurs de performance qui sont classés à l aide de catégories de performance fournies par le modèle lui-même. Cet apport permet de répondre à la question du choix de la mesure. Le modèle SCOR est donc basé sur une méthode expérimentale permettant l amélioration de la performance de la Supply Chain et les maillons qui la composent. Dans [Lepori et al, 2012], ce modèle a été appliqué sur un cas d application dans un entrepôt d un prestataire logistique Français qui est présent dans divers secteurs. Le choix a été porté sur le secteur agroalimentaire où les activités concernées par l étude sont le stockage de produits finis, de matières premières et la préparation de commande. Mais il se dégage à travers ce cas d étude certaines limites telles que l évaluation de la performance de certains processus est incomplète. De plus c est un modèle non informatisé où il manque l étude de la corrélation entre les indicateurs de catégories différentes. En effet, SCOR prend en compte les deux aspects modélisation/évaluation de la performance mais il ne permet pas d'offrir une boite à outils permettant de faire le lien entre les indicateurs de performance et les leviers d'action (variables de décision sur lesquels, les décideurs peuvent agir). Selon [Ducq, 2007], SCOR ne précise pas l ensemble des objectifs de pilotage associés de même que les moyens d action à mettre en œuvre. Ce sont parmi les principales critiques de ce modèle avec son absence de méthodologie d implantation 3.5. La méthode ECOGRAI ECOGRAI [Bitton, 1990], est une méthode pour concevoir et développer les Systèmes d'indicateurs de Performance (SIP) pour les entreprises industrielles ou de services. Elle a été 73

74 Chapitre IV : Évaluation de la performance. développée dans le cadre de la modélisation GRAI suite au constat de Kaplan sur l absence de méthode pour mettre en pratique les concepts de l approche ABC. Elle permet de guider la conception et l'implantation des SIP et elle comprend six phases : Modélisation de la structure de pilotage du système de production et identification des centres de décision ; Identification des objectifs des centres de décision et analyse de cohérence ; Identification des variables de décision et analyse des conflits entre les variables de décision ; Identification des indicateurs de performances (IP) et analyse de cohérence interne ; Conception du système d'information (SI) des IP ; Implantation du SI des indicateurs de performance dans le SI du système de production. Elle a été utilisée dans plusieurs travaux [Bonvoisin, 2011 ; Vincent, 2005] pour guider la conception et l'implantation d'un SIP. Elle est fondée sur deux étapes principales la conception et l implantation. Le résultat de la phase de conception est un ensemble cohérent de fiches de spécifications décrivant chaque indicateur de performance (indicateurs, acteurs concernés, objectifs, variables d actions, etc.). L implantation et l exploitation du système d indicateurs de performance peuvent être supportées par des outils logiciels décisionnels et la phase de conception se fait à l'aide de la méthode GRAI La méthode GRAI (Graphe à Résultats et Activités Inter-reliés) Cette méthode a été crée dans les années 1980 par le laboratoire GRAI de l université de Bordeaux. Elle peut être appliquée dans divers domaines et son objectif consiste à analyser et à concevoir les systèmes de production [Doumeingts, 1984] en vue d évaluer leurs performances. La méthode GRAI permet de rechercher les améliorations de performance (détection des points à améliorer et des points forts du système étudié). Elle permet également de simuler le comportement des processus. La méthode GRAI est basée sur la grille suivante (Figure IV.5): 74

75 Chapitre IV : Évaluation de la performance. Figure IV.5.Grille Grai a) Les colonnes : représentent les fonctions du système étudié ; b) Les lignes : représentent les décisions à atteindre selon les différents niveaux décisionnels (stratégique, tactique et opérationnel). Chaque niveau est défini par une période P et un horizon de temps H ; un horizon peut être représenté é par une ou plusieurs périodes ; Au niveau stratégique, les décisions sont prises à long terme (cinq ans par exemple) et définissent la stratégie de l organisme considéré. Au niveau Tactique, les décisions sont prises à moyen terme (par exemple une année), elles ont pour objectif d assurer la liaison entre les deux autres niveaux en garantissant la cohérence des actions menées. Concernant le niveau opérationnel, les décisions sont prises à court terme et ont pour but de s assurer du bon déroulement des activités ités de l organisation considérée. c) Les centre de décision : un centre de décision est l intersection entre une fonction et un niveau de décision. En général un centre de décision est composé par une activité de décision, une relation d entrée et une relation de sortie ; d) Les flèches : les flèches simples représentent le flux informationnel et les flèches pleines représentent le flux décisionnel entre deux centres de décision ou encore entre un centre de décision et le monde extérieur de l entreprise. 4. NOTRE DÉMARCHE ECOGRAISIM Etant donné qu'un critère de performance est considéré comme une variable indispensable pour une prise de décision justifiée, le choix de ces critères ne doit pas se faire à la légère, mais plutôt d une manière pertinente suivant une démarche structurée. En outre, plusieurs travaux sur la performance ne considèrent que les indicateurs de performance génériques [Zehendner et al, 2011 ; Bielli et al, 2006] : coût, qualité, temps. Dans [Henesey, 2006], les principales mesures de production dans un terminal à conteneurs sont essentiellement basées sur la productivité, alors qu'actuellement les décideurs ne se limitent 75

76 Chapitre IV : Évaluation de la performance. plus aux simples notions de productivité ou de qualité de produit. Ils doivent se concentrer à la satisfaction des clients ainsi que sur l'aspect écologique, etc. Ils doivent également déterminer les leviers d'action liés aux indicateurs de performance pour agir sur le système. Dans la section précédente, nous avons donné un aperçu sur les méthodes de définition et d implantation d indicateurs de performance les plus connues (ECOGRAI, ABC/ABM, BSC, SCOR). D après [Bonvoisin, 2011], aucune méthode n est complète et chacune peut être améliorée en s inspirant des méthodes existantes. En effet, toutes les méthodes que nous avons présentées dans la section précédente, reposent sur des éléments essentiels qui sont la modélisation, la compréhension du système concerné et les objectifs à atteindre afin de déterminer les indicateurs de performance [Bitton, 1990 ; Matthieu Lauras, 2004 ; Vincent, 2005 ; Bonvoisin, 2011; Doumeingts, 1984]. De plus trois notions sont essentielles à l évaluation de la performance : l objectif, la mesure et la variable d action [Bitton, 1990 ; Berrah, 1997]. Ces trois termes sont définis dans [Berrah et al., 2000] comme suit : - L objectif représente l état espéré du système piloté ; - La mesure rapporte l état réel constaté de ce même système ; - La variable d action constitue un levier sur lequel on peut agir en fonction de l écart entre l objectif et la mesure. Il est donc essentiel de prendre en compte ces éléments dans notre démarche. En outre, notre objectif ne consiste pas seulement à la simple identification et mesure des indicateurs de performance mais plutôt à l'évaluation de la performance en s'appuyant sur des leviers d'action. Pour cela et en analysant le tableau comparatif (Tableau IV.1) entre les différentes méthodes présentées dans la section précédente, nous avons opté pour la méthode ECOGRAI, car son principe «triplet» permet de lier chaque indicateur de performance à au moins un objectif et à au moins une variable de décision. La méthode ECOGRAI repose sur la grille GRAI qui est considérée comme une bonne démarche de modélisation du système étudié permettant de : - définir les centres de décision où chaque centre de décision montre les performances de cette décision (objectif et variable d'action). - «décrire l organisation des processus d un système soit dans le but de les simuler pour comparer divers scénarios, soit dans le but de les analyser et de les restructurer pour améliorer la performance du système», [Vernadat, 1999]. 76

77 Chapitre IV : Évaluation de la performance. ABC/ABM Avantages - Simplifie le calcul des coûts de processus, complémentaire à la comptabilité et bonne pour la compréhension des processus de l'entreprise. - Améliore les activités et permet de supprimer des activités sans valeur. Limites - Analyse basée seulement sur les coûts. - Peut conduire à retenir un nombre très élevé d activités et se traduire par des procédures lourdes très difficiles à analyser. BSC - Spécifie les liaisons : indicateur- activité et indicateur-variable d'action (déterminant). - Des indicateurs cohérents avec la nature des activités. - Différents niveaux de pilotage (stratégiqueopérationnel). - Difficile de déterminer les causes de la non performance. - Absence de méthodologie d implantation. - N'assure pas une vision globale de l'entreprise. SCOR ECOGRAI - Spécifie la liaison : indicateur - activité - Des indicateurs cohérents avec la nature des activités. - Différents niveaux de pilotage (stratégiqueopérationnel). - Spécifie les liaisons : indicateur - activité et indicateur - variable d'action - Définie un système cohérent d'indicateurs de performance. - La modélisation des processus de l'entreprise et la définition des centres de décision. - Différents niveaux de pilotage (stratégiqueopérationnel). - Absence de méthodologie d implantation. - Difficile de déterminer les causes de la non performance. - N'assure pas une vision globale de l'entreprise. - Difficile de déterminer les causes de la non performance. - Manque de méthode pour exprimer les objectifs stratégiques et puis locaux. - Manque de méthode pour la sélection des indicateurs de performance. Tableau IV.1. Quelques avantages et limites des méthodes (ABC/ABM, BSC, SCOR, ECOGRAI) Il s agit donc bien d'une méthode permettant de répondre à nos attentes car il permet de comprendre le fonctionnement de notre système afin d aider à la prise de décision et/ou d améliorer son fonctionnement. ECOGRAI permet d analyser la cohérence du système dans son ensemble grâce à ses différentes étapes. Le principe de la méthode ECOGRAI consiste à établir un lien entre les éléments du triplet «objectif variable de décision indicateur de performance». 77

78 Chapitre IV : Évaluation de la performance. Figure IV.6.ECOGRAI et ECOGRAISIM ECOGRAI offre donc un système d aide à la décision où chaque objectif a un effet direct sur l indicateur qui lui est associé d une part, d autre part, une variable de décision agit sur un indicateur de performance. Notre approche «ECOGRAISIM» consiste à suivre les quatre premières étapes de la méthode ECOGRAI afin de déterminer les indicateurs de performance qui seront calculés et mesurés par la simulation (Figure IV.6). La première étape consiste à établir la grille GRAI. Dans la deuxième étape, nous définissons les objectifs concernant les centres de décision et nous identifions les variables de décision dans la troisième étape. La quatrième étape permet d obtenir les indicateurs de performance des centres de décision liés à la performance opérationnelle. Dans le prochain chapitre, nous présenterons plus en détail ces étapes en les appliquant sur le cas du port du Havre Limites d'ecograi et contribution L utilisation de la méthode ECOGRAI permet d avoir une vue globale du fonctionnement du système tout en identifiant les fonctions clés, ainsi que l ensemble des indicateurs de performance liés à chacune d elles. Elle offre une démarche logique de modélisation par approche «descendante» permettant la définition des objectifs stratégiques en objectifs opérationnels. Elle permet également de vérifier la cohérence des variables de décision et dans ses phases 4 et 5, la méthode va jusqu à la conception du système d information des indicateurs ainsi que son intégration au sein du système d information général de l organisme. 78

79 Chapitre IV : Évaluation de la performance. Toutefois, la méthode présente un certain manque au niveau de ses différentes étapes. La première phase, considérée comme l un des fondements de la méthode ECOGRAI avec la définition de la grille GRAI, consiste à définir les objectifs mais manque de méthode et ne propose pas de cadre précis pour traduire la stratégie en objectifs stratégiques puis locaux [Renauld, 2008]. De plus, la sélection des indicateurs de performance se fait selon l'appréciation de l'utilisateur et par conséquent, ECOGRAI ne peut pas être considérée comme un outil résolutoire car elle n'offre pas une manière précise pour la sélection des indicateurs de performance [Bonvoisin, 2011]. Nous constatons également qu'ecograi manque de méthode sur la manière d identifier les variables de décision, de les présenter et finalement sur leur utilisation pour le pilotage. La méthode ECOGRAI permet d identifier les variables de décision et de vérifier leur cohérence mais ne permet pas de déterminer les origines d une déficience [Michel, 2009]. En effet, au niveau de la phase "Evaluation de la performance" et plus précisément quand il s'agit d'apporter des améliorations au système en se référant aux variables de décision, il est indispensable de prendre en considération les contraintes à respecter avant d appliquer une telle variable d'action, chose qui est absente dans ECOGRAI. La méthode ECOGRAI, donc ne permet pas de décrire la ou les conditions nécessaires avant d utiliser une variable de décision et ne permet pas également de définir qui décide quoi. Pour faire face à cet inconvénient, nous présenterons dans le chapitre suivant notre proposition consistant à rajouter une sous étape au niveau de l'identification des variables de décisions. 5. CONCLUSION Le milieu socio-économique mondial actuel contraint toute organisation industrielle à être capable de s adapter et à répondre rapidement aux différentes exigences pour rester performante et compétitive par la minimisation des coûts, la réduction des différents délais et l'amélioration du contrôle de la qualité [Kaplan et Norton, 2001; Berrah, 2002]. Dans ce chapitre, nous avons défini dans un premier temps les notions d'indicateurs, de mesure et d évaluation de la performance. Ensuite, dans un deuxième temps, nous avons présenté les méthodes de définition des systèmes d indicateurs de performance et nous avons montré que la mesure de la performance est un simple relevé ou calcul de valeurs, tandis que l évaluation de la performance, objet de notre étude, consiste à comparer ces valeurs à des objectifs. La mesure de la performance est un moyen nécessaire et essentiel à l évaluation de la performance et elle repose sur plusieurs méthodes. Nous avons montré également comment 79

80 Chapitre IV : Évaluation de la performance. nous pouvons définir un système d indicateurs de performance pour la gestion d une chaîne logistique. L'approche que nous avons proposée reprend l ensemble des bons éléments des principales méthodes existantes de définition de systèmes d indicateurs de performance, et tente de les compléter en offrant notamment une étape qui consiste à montrer efficacement comment agir sur le système à évaluer. En effet, notre approche consiste à modéliser le système avec la méthode GRAI afin de modéliser le système décisionnel de l entreprise, de décomposer les objectifs stratégiques en objectifs locaux pour les niveaux de décisions inférieurs et de modéliser les flux d informations circulant entre ces différents centres de décision. Ensuite, nous avons couplé la démarche ECOGRAI et la simulation à événements discrets. 80

81 CHAPITRE V : ECOGRAISIM : MODÉLISATION ET ÉVALUATION DE LA PERFORMANCE DU PORT DU HAVRE

82 Chapitre V : ECOGRAISIM : Modélisation et évaluation de la performance pour le cas du terminal multimodal du Havre. Sommaire 1. INTRODUCTION NOTRE CONTRIBUTION D ÉVALUATION DE LA PERFORMANCE ECOGRAISIM POUR LE CAS DU PORT DU HAVRE Schéma logistique actuel au port du Havre Schéma logistique futur Grille GRAI pour le nouveau schéma logistique du port du Havre Objectifs, Variables de décision et Indicateurs de performance Modélisation UML des activités du nouveau schéma logistique du port du Havre Diagramme de cas d'utilisation Diagrammes de classe Objets de gestion et de coordination Diagrammes de séquence CONTRIBUTION À L AMÉLIORATION DE L'ÉVALUATION DE LA PERFORMANCE CONCLUSION

83 Chapitre V : ECOGRAISIM : Modélisation et évaluation de la performance pour le cas du terminal multimodal du Havre. 1. INTRODUCTION Un terminal à conteneurs est un système complexe. Pour le modéliser et représenter son fonctionnement dans sa globalité, nous avons montré dans le troisième chapitre que la simulation était l approche la plus adaptée et comment nous pouvions définir un système d indicateurs de performance pour la gestion d une chaîne logistique dans le chapitre précédent. Dans ce chapitre, nous présentons nos deux principales contributions. La première est la mise au point d'une nouvelle approche appelée ECOGRAISIM. Elle combine la méthode ECOGRAI et la simulation afin de déterminer, de mesurer et d'évaluer les indicateurs de performance. Cette méthode se décline en quatre étapes. La première étape consiste à établir la grille GRAI. Dans la deuxième étape, nous définissons les objectifs concernant les centres de décision et nous identifions les variables de décision dans la troisième étape. La quatrième étape permet d obtenir les indicateurs de performance opérationnelle des centres de décision. Notre deuxième contribution est une modélisation UML du nouveau schéma logistique du port du Havre. Cette modélisation a été réalisée dans le cadre des projets, ESSIMAS et DCAS, présentés dans la dernière section du premier chapitre. En nous appuyant sur cette modélisation, nous avons développé un système de simulation qui sera présenté dans le chapitre suivant. Nous précisons également notre contribution concernant la phase d évaluation de la performance par ECOGRAISIM en nous référant aux diagrammes de séquences d UML. Avant de présenter notre approche ECOGRAISIM pour le cas du futur terminal multimodal, il convient tout d abord de mettre l'accent sur notre problématique de recherche et le contexte de l étude afin de préciser le périmètre de notre travail. 2. NOTRE CONTRIBUTION D ÉVALUATION DE LA PERFORMANCE Le contexte général de notre étude concerne la gestion de la chaîne logistique portuaire. En effet, les terminaux portuaires à conteneurs font face à une complexité croissante et leurs gestionnaires sont confrontés à de nombreux défis de prise de décisions. Vu la taille de la chaîne portuaire et le nombre important de ressources mises en jeu, la complexité est liée au grand nombre de données, de contraintes et aux objectifs 83

84 Chapitre V : ECOGRAISIM : Modélisation et évaluation de la performance pour le cas du terminal multimodal du Havre. contradictoires. Cela laisse le champ de recherche dans ce domaine très largement ouvert et autant de pistes de développement sont possibles. C est dans ce contexte que nous proposons une démarche d évaluation de la performance pour la gestion des terminaux à conteneurs dans une chaîne portuaire. En effet, l'objectif est d'aider les décideurs non seulement à savoir où ils se trouvent par rapport aux objectifs, mais aussi à offrir des leviers d actions sur lesquels ils peuvent agir et vérifier s'ils sont sur la bonne direction en mesurant les indicateurs de performance entre eux-mêmes au fur et à mesure que le temps avance, soit à une référence connue. Cependant, la plupart des travaux sur les problèmes portuaires que nous avons consultés ne considèrent que les indicateurs de performance génériques tels que : le coût, le temps, alors qu'actuellement l enjeu consiste à tenir compte des notions de productivité ou de qualité en les combinant avec d'autres aspects de performance et à élargir la notion d évaluation de performance sur plusieurs critères, entre autres : la satisfaction des clients et le respect de l'environnement. La performance est donc multicritères et le choix de ses indicateurs ne doit pas se faire à la légère, mais plutôt d une manière pertinente suivant une démarche structurée. Parmi les méthodes existantes, nous avons présenté : la méthode ABC/ABM (L Activity Based Costing et l Activity Based Management), le modèle SCOR (Supply Chain Opérations Référence), BSC (Balanced ScoreCard) et la méthode ECOGRAI (ECOnomie Graphe à Résultats et Activités Inter-reliés). Aucune méthode n est complète et chacune peut être améliorée en s inspirant des méthodes existantes [Bonvoisin, 2011]. Le principe de ces méthodes consiste à modéliser les processus du système à piloter afin de décomposer la structure organisationnelle et de gérer les interactions entre les activités [Matthieu Lauras, 2004]. De telles considérations nous ont amenés à proposer une approche globale, ECOGRAISIM, avec une démarche générique pour la modélisation de la chaîne logistique portuaire tout en exploitant le potentiel d ECOGRAI, la modélisation orienté objet et la simulation. Ceci permet d avoir des indicateurs de performance justifiés avec des variables de décisions correspondant et adaptés à un contexte précis. D un autre côté, ce choix permet une modélisation globale et complète de la chaîne logistique portuaire à travers une description à la fois décisionnelle et fonctionnelle. Un tel modèle permet à la fois d étudier les performances de cette chaîne et de développer des stratégies de pilotage de flux et de contrôle d une manière cohérente en tenant compte de différentes règles et contraintes. En effet, afin d appréhender la complexité de la chaîne logistique portuaire, nous avons modélisé ses 84

85 Chapitre V : ECOGRAISIM : Modélisation et évaluation de la performance pour le cas du terminal multimodal du Havre. processus de manutention en UML et simulé son fonctionnement afin d'intégrer à la fois, dans une même structure, l aspect physique et fonctionnel de cette chaîne portuaire tout en procédant à l'évaluation de performance par une démarche générique. Toutefois, dans le cadre de cette thèse nous nous focalisons sur les aspects les plus importants, il s agit : - D appréhender la chaîne portuaire sous ses différents aspects, qu ils soient structurels, organisationnels, fonctionnels, comportementaux, informationnels et décisionnels selon les différents niveaux : stratégique, tactique et opérationnel. ECOGRAISIM, basée sur la méthode GRAI, consiste à décomposer les objectifs stratégiques en objectifs locaux pour les niveaux de décisions inférieurs et à modéliser les flux d informations circulant entre les différents centres de décision. À un niveau stratégique, il est essentiel de déterminer l équipement à utiliser et son agencement. Au niveau tactique, la capacité des équipements et des ressources humaines, l affectation des différentes ressources et aussi les horaires des unités de transport doivent être décidés. Le niveau opérationnel fait référence aux décisions nécessaires pour optimiser les différents processus internes. - D analyser le comportement et le fonctionnement de la chaîne afin de déterminer les différents objectifs et variables d'actions pertinentes pour la prise de décision lors de la phase d'évaluation de la performance, cette phase consiste à définir les objectifs à atteindre. Une fois que ces objectifs sont déterminés, les indicateurs de performance doivent être définis avec précaution. C'est une phase cruciale dans la démarche d'évaluation car ce sont les indicateurs de performances qui donnent une indication soit d une réussite ou d un échec d atteinte des objectifs. - D évaluer la performance de la chaîne par l utilisation du système de simulation mis en œuvre. Le recours à la simulation est préconisé dans notre travail non seulement parce qu il est capable d évaluer l impact des décisions prises, mais aussi, parce qu il permet de fournir une meilleure représentation des systèmes complexes comme celui d un terminal à conteneurs. La simulation permet de relever les valeurs d'indicateurs de performance issues des différents scénarios de transfert de conteneurs. Elle permet également d'agir sur le mode de fonctionnent et de tester différentes actions. Concernant l étape de modélisation qui doit précéder toute simulation, nous avons opté pour UML qui représente une réelle avancée dans le monde méthodologique de 85

86 Chapitre V : ECOGRAISIM : Modélisation et évaluation de la performance pour le cas du terminal multimodal du Havre. l approche objet. Son indépendance du domaine d application et des langages de programmation lui donne la puissance d être adapté à n importe quel domaine. Dans une chaîne portuaire nous distinguons deux catégories d'objets : - les objets fonctionnels ou structurels : ce sont les objets qui composent le système étudié tels que : conteneur, engin de manutention, etc. - les objets de coordination ou de gestion : leur objectif est de coordonner les objets structurels afin d assurer les différentes tâches au sein d'une chaîne portuaire. Par exemple, les tâches principales de la gestion des transferts des conteneurs consistent à réserver et à gérer les voies et les engins nécessaires pour l accueil et le départ des navettes. La démarche que nous proposons pour l'évaluation de la performance d'une chaîne portuaire présente un lien fort entre les diagrammes de séquence d'uml et les variables de décision d'ecograi. Cette relation permet de préciser quelle action est à envisager lors de la phase d'évaluation de la performance notamment au niveau de la vérification des conditions à respecter, avant de modifier une politique de gestion courante. Notre contribution permet donc de varier et d'évaluer plusieurs modes de fonctionnement en offrant plusieurs choix aux décideurs. Après avoir délimité le contexte et le périmètre de notre approche, nous présentons dans ce qui suit, les différentes phases de notre démarche sur le cas du port du Havre. 3. ECOGRAISIM POUR LE CAS DU PORT DU HAVRE Le port du Havre est le premier port à conteneurs pour le commerce extérieur de la France. Partant de sa politique d encouragement des modes massifiés (ferroviaire et fluvial), le port du Havre a construit une plateforme multimodale pour fluidifier ses échanges avec son hinterland. Avant de présenter notre contribution, il convient de rappeler les définitions suivantes : - TM : Terminal Maritime ; - TMM : Terminal MultiModal ; - Coupon : est un ensemble de cinq wagons ; - Rame : est un ensemble de coupons ; - Navette : est une rame + une locomotive. 86

87 Chapitre V : ECOGRAISIM : Modélisation et évaluation de la performance pour le cas du terminal multimodal du Havre. - Le terminal multimodal comprend : Une cour fluviale ; Une zone de stockage de capacité de 3000 EVP manutentionnée par grues mobiles ; Une cour ferroviaire composée de 8 voies ferrées + 2 portiques de manutention ; Un faisceau de réception des trains composé de 8 voies ; - La cour ferroviaire du terminal multimodal du port du Havre qui est composée d un ensemble de 8 voies parallèles pour le transfert rail/rail des conteneurs. La manutention des conteneurs se fait par deux portiques enjambant toutes les voies. Deux petits buffers (sud et nord de la cour ferroviaire) sont réservés pour le stockage temporaire des conteneurs. - Il existe différents terminaux dédiés au traitement des marchandises diverses, représentés majoritairement par le trafic conteneurisé. Les principaux sont : Terminaux nord (Quais de l Atlantique, Amériques, Europe) ; Terminaux sud (Quais de l Asie, Osaka, Bougainville) ; Port 2000 : Terminal de France (TDF), Terminal de la Porte océane (TPO), Terminaux de Normandie associés à Mediterranean Shipping Company (TNMSC). - En fin, le transbordement des conteneurs vers les barges se fait dans deux postes à quai équipés de deux portiques couvrant les 4 voies ferroviaires pour l arrivée des navettes Schéma logistique actuel au port du Havre Le schéma logistique actuel est basé sur le transport routier (Figure V.1). En effet, le camion vient chercher les conteneurs directement dans les terminaux maritimes. Le transfert des conteneurs par ce mode peut donc se faire sans rupture de charge, du terminal maritime à la porte de l entrepôt de livraison. Pour la partie fluviale, une part de ce trafic se fait aussi directement du quai vers la barge. Du fait de l absence d accès direct fluvial au terminal Sud, certaines barges ne peuvent y accéder. Pour pallier ce manque d accès direct, les conteneurs de certaines barges sont manutentionnés sur un autre terminal jouant le rôle du hub pour les barges, avant d être transférés via navette ferroviaire jusqu aux terminaux qui ne sont pas accessibles. Cependant ce transfert ferroviaire se fait suivant une procédure dérogatoire, 87

88 Chapitre V : ECOGRAISIM : Modélisation et évaluation de la performance pour le cas du terminal multimodal du Havre. bloquant des voies routières et utilisant beaucoup de ressources humaines. De plus, ce mode de transfert cause plusieurs problèmes au niveau de la pollution et de l'augmentation des différents coûts de manutention et de transfert de conteneurs Schéma logistique futur Figure V.1. Schéma logistique actuel Figure V.2. Nouveau schéma logistique Il s'agit d'un système de navettes ferroviaires permettant la livraison des conteneurs sur le terminal multimodal où ils seront repositionnés sur des trains de grandes lignes ou des barges à destination de l hinterland (Figure V.2). 88

89 Chapitre V : ECOGRAISIM : Modélisation et évaluation de la performance pour le cas du terminal multimodal du Havre. C est dans la vision de ce nouveau schéma logistique que nous avons proposé, dans le cadre des deux projets DCAS et ESSIMAS, des solutions efficientes et rentables pour le transfert des conteneurs par navettes ferroviaires. L objectif est la modélisation et la simulation du transfert massifié des conteneurs par navettes ferroviaires entre le futur terminal multimodal et les terminaux maritimes du port du Havre. Il s agit d étudier la performance des transferts des conteneurs. La problématique abordée ici peut se résumer dans les questions suivantes : Comment peut-on déterminer les indicateurs de performance pour évaluer le nouveau schéma logistique du port du Havre? Comment peut-on mesurer la performance du terminal multimodal? Enfin, comment peut-on développer une démarche permettant de modéliser et d'évaluer la performance du nouveau schéma logistique du port du Havre? 3.3. Grille GRAI pour le nouveau schéma logistique du port du Havre ECOGRAISIM repose sur la grille GRAI comme une démarche de modélisation du système étudié permettant de définir les centres de décision. Chaque centre de décision montre les performances d'une telle décision (objectif et variable d'action). Avant d élaborer la grille GRAI, nous présentons un schéma introductif (TableauV.1) permettant de décrire les enjeux du port du Havre pour chaque niveau décisionnel : Stratégique (Horizon 5 ans, Périodicité 6 mois) : les décisions portant sur les investissements à long terme, le développement des moyens de travail et la planification ; Tactique (Horizon 6 mois, Périodicité 1 mois) : les décisions portant sur les investissements à court terme, les développements des supports à la manutention et le transfert ; Opérationnel (Horizon 1 mois, Périodicité 1 semaine) : les décisions portant sur l ajustement des ressources, l ordonnancement des tâches et la gestion de la relation clients ; Temps réel (Horizon 1 semaine, Périodicité temps réel) : les décisions portant sur le traitement des commandes, la manutention et la livraison des conteneurs. 89

90 Chapitre V : ECOGRAISIM : Modélisation et évaluation de la performance pour le cas du terminal multimodal du Havre. La figure V.3 présente une grille fonctionnelle basée sur les fonctions clés du port du Havre. La figure V.4 montre une grille fonctionnelle fondée sur les fonctions du nouveau schéma logistique en incluant le terminal multimodal : a) Les colonnes : représentent les fonctions ; b) Les lignes : représentent les décisions à atteindre selon les différents niveaux décisionnels (stratégique, tactique et opérationnel). Chaque niveau est défini par une période P et un horizon de temps H. Un horizon peut être représenté par une ou plusieurs périodes ; c) Un centre de décision est l intersection entre une fonction et un niveau de décision. En général, un centre de décision est composé d'une activité de décision, d'une relation d entrée et d'une relation de sortie ; d) Les flèches : les flèches simples représentent le flux informationnel et les flèches pleines représentent le flux décisionnel entre deux centres de décision ou encore entre un centre de décision et le monde extérieur. Pour élaborer les deux grilles fonctionnelles, nous avons mené, en collaboration avec les membres des projets ESSIMAS/ DCAS au niveau du port du Havre, une étude d'analyse du contexte général du port. En effet, nous avons renseigné les différents enjeux du port selon les niveaux décisionnels : stratégique, tactique et opérationnel. Ces deux grilles fonctionnelles montrent l adéquation entre les objectifs du port et son nouveau schéma logistique concernant les terminaux à conteneurs. En effet, le terminal multimodal est une plateforme intermédiaire qui permet d assurer le transport de conteneurs (collecte-livraison) en utilisant une nouvelle gestion des transferts de conteneurs par : trains, barges fluviales et route. L enjeu principal est de massifier le transport de conteneurs en utilisant des navettes ferroviaires pour le transfert entre le terminal multimodal et les différents terminaux maritimes d une part. D autre part, la livraison des conteneurs vers leurs destinations finales sera effectuée par des trains de grande ligne et des barges via l axe Seine. Cette plateforme intermédiaire permet aux barges de ne plus faire le tour des terminaux maritimes pour livrer et/ou recevoir les conteneurs. Elles peuvent charger/décharger leurs conteneurs sur la plateforme multimodale. Ce sont les navettes ferroviaires qui se chargent de faire le post/pré acheminement des terminaux maritimes. L objectif est de faciliter le (dé) chargement ferroviaire et de rendre le transport ferroviaire plus flexible. 90

91 Chapitre V : ECOGRAISIM : Modélisation et évaluation de la performance pour le cas du terminal multimodal du Havre. Augmenter l attractivité de la place portuaire havraise pour le conteneur Niveau stratégique Satisfaire les demandes des clients. Intégrer DCAS tout au long de la chaîne du transport. Rendre la multi-modalité aussi compétitive que le transport routier sur l axe Seine. Réduire les besoins en Augmenter le taux de transport massifié sur l axe Seine Niveau tactique Limiter les causes et les risques de mécontentements des clients. Offrir un service sûr et de qualité Organiser au mieux l utilisation des ressources matérielles et humaines Optimiser les ressources mobilisées Accroître les échanges d informations fiables pour préparer les vecteurs de transport massifié Niveau opérationnel Diminuer les retards Informer les clients de tout incident en temps réel. Assurer la flexibilité dans le choix du mode à tout instant Qualité du personnel (assurer des formations professionnelles Respecter les règles de sécuri té et de sûreté liée au passage des conteneurs Optimiser le temps d occupation des ressources Minimiser les déplacements improductifs Adapter le nombre de coupons au nombre de conteneurs en fin Limiter le nombre de ressources coûteuses Minimiser le taux d utilisation des locomotives Desservir les terminaux voisins Rationaliser les achats Inciter les commissionnaires en transports à renseigner les origines/ destinations, poids des conteneurs dans les systèmes informatisés (AP+) Assurer la communication des Systèmes d Informations des acteurs du transport entre eux Prévoir et maximiser le remplissage des navettes Tableau V.1. Tableau introductif 91

92 Chapitre V : ECOGRAISIM : Modélisation et évaluation de la performance pour le cas du terminal multimodal du Havre. Fonctions Informations Gestion des Promouvoir le report modal Planification Gérer les Informations externes produits Création d une nouvelle ressources internes H/P dynamique fret ferroviaire humaines Stratégiqu e H = 5 ans P= 6 mois Coût d acquisition et de possession du coupon Pressions environnementales sur les chargeurs Etudes de marché Démonstration de la rentabilité du coupon Création du prototype coupon Créer un nouveau concept de transport ferroviaire et d une nouvelle logistique de distribution urbaine. Créer des outils d aide à la décision et d aide à l exploitation Disposer d un outil : de test pour le démarrage du multimodal. d aide à la décision dans 1 an. d aide à la réservation des ressources dans 2 ans. d aide à l exploitation en temps réel dans 3 ans. Rassembler les compétences pluridisciplinaires en gestion de projet et en ingénierie. Trafic terrestre des conteneurs Veille sur la législation et les tendances environnementale s Tactique H= 6 mois P= 1 mois Demandes des acteurs portuaires, des transporteurs (fluviaux et ferroviaires) et de la distribution Connaissance du RFF (Réseau fer de France) et localisation des plateformes logistiques en IdF (île de France) Prise en compte des remarques des clients Recherche d investisseurs Spatialisation plateformes des Spécification du coupon en fonction des applications Etudier différentes applications portuaire s, urbaines (ingénierie) Montage des dossiers d investissement Montage des tours de tables d investisseurs et d exploitants Création de nouveaux processus métiers et d exploitation Construction de business plan Développement des logiciels Comités de pilotage avec partenaires. Visite et discussions des clients potentiels Construire des business plans pour chaque application visée Adapter le nombre de personnels au nombre de tâches et aux compétences exigées. Performances des processus existants Performances du coupon Opérationne l H= 1 mois P=1semaine Taux de service Fiabilité du service Vérification l adaptation de du coupon par rapport aux spécifications Etudier la pertinence économique des applications Valider les règles de gestion des équipements simulés. Dimensionner et ordonnancer les missions en prenant en compte l émergence des conteneurs à venir Affecter et gérer le personnel Figure V.3. GRAI pour les enjeux du projet du terminal multimodal 92

93 Chapitre V : ECOGRAISIM : Modélisation et évaluation de la performance pour le cas du terminal multimodal du Havre. Fonctions Informations Transférer les Planification Gérer les Gérer le matériel Informations externes conteneurs ressources internes H/P humaines Stratégique Clients attentifs aux Ordonnancement de la recherche, du développement, Maintenir ou créer des compétences Investir en matériel H = 5 ans P= 1 an coûts environnementaux du prototypage, de l industrialisation et de la mise sur le marché. internes ou externes en vue de la maintenance future et en logiciels des équipements Tactique H= 6 mois P= 1 mois Souhaits des clients Etudier différents types d application (ingénierie) Planifier les missions de transfert et de manutention des conteneurs entre les terminaux. Adapter le nombre de personnel au nombre de tâches Maintenance investissement matériel et en Capacité ressources des Opérationnel H= 1 semaine P= 1 jour Minimiser les impacts environnementaux Optimiser les processus de manutention et de transfert (simuler et optimiser). Dimensionner et ordonnancer les missions en prenant en compte l émergence des conteneurs à venir Affecter et gérer le personnel Affecter les ressources de manutention et de transfert Demandes des dockers Temps réel H = 1 jour P = TR Relancer la simulation Relancer le dimensionnement et l ordonnancement des missions Réaffecter ressources transfert les de Figure V.4. GRAI pour l'exploitation du terminal multimodal 93

94 Chapitre V : ECOGRAISIM : Modélisation et évaluation de la performance pour le cas du terminal multimodal du Havre. Pour déterminer les indicateurs de performance du transfert des conteneurs au sein du port du Havre entre le terminal multimodal et les terminaux maritimes, nous nous sommes focalisés sur le centre de décision CD1 «optimiser les processus de manutention et de transfert» situé au niveau opérationnel. Ce choix est motivé par le fait que CD1 correspond au problème d'évaluation de la performance du transfert de conteneurs, objet de notre étude. Ce centre est en relation avec le centre de décision CD2 «Dimensionner et ordonnancer les missions de transfert en prenant en compte l émergence des conteneurs à venir», car un dimensionnement des navettes ferroviaires et un ordonnancement optimal des transferts impactent directement les processus de manutention et de transfert de conteneurs. Le centre de décision CD1 prend en compte les informations externes relatives aux attentes des clients. En nous appuyant sur la grille GRAI du nouveau schéma logistique, nous avons déterminé les objectifs, les variables de décisions du centre CD1 ainsi que ses indicateurs de performance Objectifs, Variables de décision et Indicateurs de performance La première phase est la définition des objectifs du centre de décision «optimiser les processus de manutention et de transfert». Les objectifs de ce centre sont, d'une part, la minimisation des différentes pénalités concernant les retards, les dépenses et l émission de CO 2, il s agit également de la minimisation de l écart entre la date de livraison prévue et la date de livraison au plus tard et d'autre part, la minimisation du prix de transport en fonction du temps de transfert selon la destination, du temps de manœuvre en fonction du chantier et du temps de (dé)chargement. Après avoir fixé les objectifs, l'étape prochaine consiste à déterminer les variables sur lesquelles nous pouvons agir afin d atteindre les objectifs fixés. Afin de transférer un maximum de conteneurs, nous avons défini les actions suivantes : Privilégier la composition des navettes pour desservir une même destination ce qui permettra d éviter les manœuvres ferroviaires coûteuses et longues ; Positionner les navettes en face des conteneurs à manutentionner ; Limiter les manœuvres des navettes au niveau du terminal multimodal. Pour ceci, il faut faire un assemblage sélectif des wagons en fonction de leur destination (train ou barge) dans les terminaux maritimes lors de la manutention ; 94

95 Chapitre V : ECOGRAISIM : Modélisation et évaluation de la performance pour le cas du terminal multimodal du Havre. Dans les terminaux maritimes, la manutention des conteneurs destinés au fluvial, doit prendre en compte le numéro du poste à quai, les conteneurs pour le poste 1 seront en tête et ceux pour le poste 2 en queue ; Dans les terminaux maritimes, la manutention des conteneurs destinés au transport ferroviaire, doit prendre en compte les numéros des secteurs de la cour ferroviaire (charger le conteneur en tête ou en queue selon le numéro du secteur) ; Pour minimiser les coûts de traction, des wagons fluviaux pourront être associés à des wagons ferroviaires au sein d une même navette ; Si les conteneurs à l export à destination d un des terminaux maritimes ne sont pas assez nombreux pour remplir une navette, alors il est possible de la compléter avec des conteneurs à destination d un terminal voisin pour limiter le nombre de trajets des locomotives. Le tableau V.2 illustre des indicateurs de performance dont chacun est lié au moins à un objectif et au moins à une variable de décision. L exigence d établir un lien entre les éléments des triplets «objectif variable de décision indicateur de performance» permet de ne retenir que les indicateurs pertinents dans le cadre de la stratégie globale du terminal multimodal. 95

96 Chapitre V : ECOGRAISIM : Modélisation et évaluation de la performance pour le cas du terminal multimodal du Havre. Réduire l émission du CO 2 Satisfaire les clients Objectifs Variables de décision Minimiser le coût (nombre de : locomotives, de portiques, et de wagons) Respecter les dates de livraison Indicateurs de performance Privilégier la constitution des navettes d une même destination Assurer la polyvalence des dockers Maximiser le remplissage des navettes en desservant les terminaux voisins Positionner les coupons en face des conteneurs à manutentionner Evaluer les coûts pour une période régulière Taux d occupation des ressources Taux de déplacements improductifs Nombre de Nombre conteneurs transférés retard en de conteneurs livrés Tableau V.2. Tableau des indicateurs de performance 96

97 3.5. Modélisation UML des activités du nouveau schéma logistique du port du Havre Pour tout projet de développement d un outil ou logiciel, il faut tenir compte des critères de conformité, de fiabilité, de sécurité et de maintenabilité de l outil [Vincent, 2005]. Toute analyse informatique passe en premier temps par une étude fondamentale ou encore l étude de l existant, qui est supposée être le seul moyen de prendre connaissance sur l état du réel. Elle consiste à l identification, au recueil des besoins et à la précision des objectifs. Pour ce faire nous avons opté pour UML [Gabay et Gabay, 2008] afin de modéliser les différents processus de manutention et de transfert massifié de conteneurs en vue de développer un système de simulation. UML, langage de modélisation objet, est la forme contractée de «Unified Modeling Language» qui peut se traduire en français par langage unifié pour la modélisation. Il permet de modéliser de manière claire et précise la structure et le comportement d'un système indépendamment de toute méthode ou de tout langage de programmation. UML modélise le système suivant deux modes de représentation, la structure du système et sa dynamique de fonctionnement. UML définit treize diagrammes différents, chacun d'eux est dédié à la représentation d'un système suivant un point de vue particulier. Les processus sont formalisés sous forme de diagrammes. Le langage UML propose des diagrammes selon les deux aspects : statique et dynamique, mais il n offre pas de méthode de modélisation. Nous avons ainsi opté pour la démarche UP (Processus Unifié) et plus précisément UP7 [Gabay et Gabay., 2008]. Elle s articule autour des phases de modélisation métier, exigences fonctionnelles, analyse des cas d utilisation, synthèse de l analyse, conception, implémentation et tests. La mise en œuvre de la démarche s appuie sur les différents diagrammes qui sont réalisés en respectant une chronologie précise. Elle se focalise sur la description fonctionnelle du système de façon à pouvoir décrire globalement ses fonctionnalités principales vis-à-vis des acteurs. Dans un souci de clarté, nous ne présentons ici que quelques extraits des diagrammes que nous avons élaborés. En effet, pour notre cas d'étude, une première simulation du transfert des conteneurs entre deux terminaux maritimes et le chantier multimodal a été réalisée. Lors de cette première phase, nous avons rencontré des difficultés liées au fait que le terminal multimodal ne soit pas encore construit et que les activités de transferts ne puissent pas être observées, ce

98 Chapitre V : ECOGRAISIM : modélisation et évaluation de la performance pour le cas du port du Havre. qui a rendu difficile la description des différents acteurs et des différentes règles de gestion. Pour pallier à ce manque, le transfert des conteneurs sur le domaine portuaire a été modélisé sur la base du langage UML et de la démarche UP7, afin de clarifier les différentes activités, vérifier la pertinence des concepts et leur cohérence, avant de les implémenter dans l outil de simulation. La modélisation concerne : Les processus de composition des navettes qui assurent le transfert de conteneurs entre les terminaux ; Les processus concernant les manœuvres ferroviaires pour le déplacement des navettes ferroviaires ; Les processus de chargement et de déchargement des unités de transport (trains, navettes, barges) Diagramme de cas d'utilisation Avant de développer un système, il faut savoir précisément à QUOI il devra servir, c.- à-d. à quels besoins il devra répondre. Modéliser les besoins permet de faire l'inventaire des fonctionnalités attendues et d'organiser les besoins entre eux de manière à faire apparaître des relations (réutilisations possibles, etc.). Avec UML, nous modélisons les besoins au moyen de diagrammes de cas d'utilisation. Un cas d'utilisation est un service rendu à l'utilisateur, il implique des séries d'actions plus élémentaires. Un acteur est une entité extérieure au système modélisé, et qui interagit directement avec lui. Un cas d'utilisation est l'expression d'un service réalisé de bout en bout, avec un déclenchement, un déroulement et une fin, pour l'acteur qui l'initie. Par ailleurs, il faut savoir qu'un acteur correspond à un rôle et non pas à une personne physique. La figure V.5 représente le diagramme de cas d utilisation pour notre cas d'étude. Il nous a permis de définir les grandes fonctionnalités du système et notamment les échanges internes. Il est composé de deux volets, d une part le renseignement des acteurs qui bénéficient de l utilisation du système ; pour notre cas nous avons renseigné un type d utilisateur qui est l agent de simulation et d autre part les fonctionnalités attendues par le système. 98

99 Chapitre V : ECOGRAISIM : modélisation et évaluation de la performance pour le cas du port du Havre. Saisir paramètres d initialisation du simulateur Déterminer les conteneurs import et export restants dans les buffers Définir l émergence des conteneurs à venir Définir les besoins en ressources et prioriser les missions Rectifier les missions Affecter mission à ressources Rapprocher les ressources Trier les coupons sur le faisceau de réception Traiter les conteneurs Export Manœuvrer les coupons au TMM Positionner les coupons sur les cours ferroviaire / fluviale Repositionner les coupons sur le faisceau de réception Charger conteneurs exports sur les navettes depuis les trains Manutentionner les conteneurs au TMM Charger conteneurs Import sur les trains Charger conteneurs exports sur les navettes depuis les unités fluviales Charger conteneurs Import sur les unités fluviales Transférer les navettes Dételer et atteler locomotive à rame Traiter les conteneurs Imports Traiter les coupons sur les TM Dételer la navette et positionner coupons sur les voies de manutention Dételer la navette et positionner coupons sur les voies de manutention Trier les coupons et les atteler en navette sur voies de manœuvre Manutentionner les conteneurs sur les TM Figure V.5. Diagramme de cas d utilisation Décharger conteneurs Exports dans les buffers Charger conteneurs imports des buffers sur les coupons 99

100 Chapitre V : ECOGRAISIM : modélisation et évaluation de la performance pour le cas du port du Havre. Quatre grandes phases sont nécessaires pour effectuer un transfert en import ou en export : Affecter les ressources : rapprochement des ressources de transfert : locomotive et wagons ; Préparer la navette : chargement, assemblage des wagons et le tri selon la destination ; Transférer la navette ; Traiter la navette : à l arrivée du terminal multimodal, le système traite la navette sur les deux sites, fluviale et ferroviaire. Notre système traite des conteneurs destinés à l import et d autres destinés à l export. Donc l agent de simulation peut effectuer des opérations de transfert en «Import» ou en «export». Le processus d import commence depuis les zones de stockage des terminaux maritimes jusqu au terminal multimodal, alors que celui de l export se fait depuis le terminal multimodal jusqu aux terminaux maritimes (zones de stockage). Pour l import, s il y a des conteneurs à transférer, la première action consiste à rapprocher les ressources nécessaires et disponibles à savoir les wagons, les portiques et les agents de manœuvre en leurs affectant les missions de manutention et de différentes manœuvres. Ensuite l étape suivante est le chargement et l assemblage des coupons, en tenant en compte la destination des conteneurs et leurs dates de livraison. Une fois que le chargement et l assemblage sont terminés, une locomotive disponible sur les lieux est appelée pour constituer la navette qui se dirigera vers le terminal multimodal. À l arrivée du terminal multimodal, la première étape est le désassemblage de la navette ; ensuite la locomotive se dételle de l ensemble des coupons, elle devient disponible. L étape suivante consiste à trier et positionner les coupons. Ensuite le portique commence la manutention des conteneurs soit sur les trains ou bien sur les barges et les coupons vides seront déplacés vers le faisceau de réception. Concernant l export, les conteneurs sont déchargés soit depuis les barges soit depuis les trains de grandes lignes. Ensuite les mêmes opérations décrites dans le processus import seront exécutées et à la fin, la navette sera transférée vers le terminal maritime de destination. Pour spécifier la structure et les liens entre les objets, la prochaine étape est l élaboration des diagrammes de classe [Benghalia et al., 2014a]. 100

101 Chapitre V : ECOGRAISIM : modélisation et évaluation de la performance pour le cas du port du Havre Diagrammes de classe Les diagrammes de cas d'utilisation modélisent à QUOI sert le système. Le système est composé d'objets qui interagissent entre eux et avec les acteurs pour réaliser ces cas d'utilisation. Les diagrammes de classe permettent de spécifier la structure et les liens entre les objets dont le système est composé. Une classe est la description d'un ensemble d'objets ayant une sémantique, des attributs, des méthodes et des relations en commun. Elle spécifie l'ensemble des caractéristiques qui composent des objets de même type. Une classe est composée d'un nom, d'attributs et d'opérations. Selon l'avancement de la modélisation ces informations ne sont pas forcément toutes connues. Nous avons développé des diagrammes de classe pour modéliser les processus de manutention et de transfert. Vu le grand nombre de classes dans notre modélisation, nous avons décidé d utiliser les packages pour simplifier la compréhension et rendre les diagrammes plus lisibles. Un package est un regroupement logique de classes ayant une forte cohésion interne et un faible couplage externe. Le couplage s exprime structurellement par des liens entre les classes (associations, agrégations, compositions ou généralisation), et dynamiquement par des interactions qui se produisent entre les instances de classes. Nous avons donc créé quatre packages selon la nature des objets : Technologie, Personnel, Infrastructure et Conteneur (Figure V.6). Personnel Conteneur Technologie Infrastructure Figure V.6. Les packages du diagramme de classe Package «Technologie» : il contient l ensemble des équipements et des engins destinés à la manutention et au transfert des conteneurs. Parmi les engins de manutention, nous 101

102 Chapitre V : ECOGRAISIM : modélisation et évaluation de la performance pour le cas du port du Havre. pouvons citer : le portique ferroviaire, le portique fluvial, le cavalier et le reachstacker. Concernant, les engins de transport, nous proposons : la navette, le locotracteur, le train de grande ligne, l'unité fluviale et la locomotive. Package «Infrastructure» : dans ce diagramme nous avons regroupé les différentes classes de type infrastructure. Les deux classes principales sont «Terminal» et «réseau ferré». La classe «terminal multimodal» hérite de la classe mère «Terminal», en plus elle est composée d une cour fluviale, d une cour ferroviaire et d un faisceau de réception. - Cour fluviale : c est une zone destinée aux unités fluviales. Elle est composée de deux postes à quai et de trois voies ferrés avec un buffer de stockage temporaire nécessaire pour les opérations de manutention. - Cour ferroviaire : elle est constituée d un buffer et de dix voies ferrés ; deux voies ferrées en chaussée destinées au déchargement de trains, et huit voies ferrées sous portiques pour le chargement et le déchargement des coupons. - Faisceau de réception : c est une zone de réception des trains de grandes lignes et des navettes dans le cas où toutes les voies sont occupées. Les différents types de voies que nous avons modélisés sont : la voie principale, la voie de faisceau, la voie de raccordement, la voie de liaison, la voie de manœuvre et la voie de manutention. Package «Personnel» : dans ce diagramme nous mettons en évidence l interaction entre les ressources humaines du terminal multimodal. Par exemple nous retrouvons les classes : - Agent de régulation ; - Docker ; - Conducteur de locomotive ; - Agent de manœuvre ; - Agent de manutention ; - Responsable du poste d aiguillage. Package «Conteneur» : un conteneur est destiné soit à l import ou à l export. Ainsi, la classe «conteneur» se spécialise et contient deux classes : «Conteneur Import»et «Conteneur Export». Un objet de la classe «Conteneur Import» modélise un conteneur 102

103 Chapitre V : ECOGRAISIM : modélisation et évaluation de la performance pour le cas du port du Havre. situé dans l un des terminaux maritimes et destiné au terminal multimodal, afin d être livré à sa destination finale, via la voie ferroviaire en train de grande ligne, la voie fluviale en barge ou la voie routière en camion. «Conteneur Export» est un conteneur destiné à l étranger, situé au terminal multimodal et qui va être transporté par navette à l un des terminaux maritimes. Après avoir défini les packages, nous allons représenter le diagramme de classe selon trois façons, afin de bien exprimer et préciser les relations et leurs types (Figure V.7). Diagrammes de classe réalisés Intra relation Inter relation Relations externes a) Diagramme de classe «intra» : Figure V.7. Diagrammes de classe réalisés Equipement Engin de manutention Engin de transfert Navette Portique ferroviaire Chariot cavalier Unité fluviale Train Reach-steaker Portique fluvial Locomotive * Wagon 1..8 Coupon Figure V.8. Des classes du package Technologie 103

104 Chapitre V : ECOGRAISIM : modélisation et évaluation de la performance pour le cas du port du Havre. Il s agit d un diagramme qui présente les différentes relations entre les classes appartenant à un même package. La figure V.8 illustre les classes du package technologie. b) Diagramme de classe «inter» : ce diagramme d «inter relation» présente les différentes relations entre les classes des différents packages, figure V.9. Par exemple : - Un terminal à conteneurs contient un ou plusieurs engins de manutention ; - Un Docker peut charger ou décharger un ou plusieurs conteneurs ; - Un agent de manœuvre peut décharger un ou plusieurs coupons ; - Zéro ou plusieurs conteneurs peuvent être stocké(s) dans un buffer. Buffer 0..1 Stocker dans * charger Unité fluviale Transporter Conteneur *(De) 1 Docker 1 * 0 1 Conduire 1 * Engin de manutention (De) charger Manoeuvrer Agent de manoeuvre * 1..* 1..* Coupon Attendre Transporter * 1 Faisceau de réception Conducteur de locomotive 1..* 0..1 Occuper Conduire 1 Locomotive Train Occuper 1 1 Voie ferroviaire Figure V.9. Extrait du diagramme Inter relation c) Diagramme de classe «Relations externes» : dans ce diagramme (Figure V.10), nous avons montré les différentes relations entre notre système de simulation et les autres systèmes d information externes qui gèrent les différents trafics au sein du port du Havre. 104

105 Chapitre V : ECOGRAISIM : modélisation et évaluation de la performance pour le cas du port du Havre. Personnel Conteneur Technologie Infrastructure Systèmes d information externes Figure V.10. Prototype du diagramme de classes «Relation externes» Objets de gestion et de coordination Figure V.11. Objets de gestion au niveau du terminal multimodal Après avoir modélisé l'aspect structurel de notre système, nous avons par la suite identifié des objets de coordination (Figures V.11 et V.12), afin de gérer les différents objets qui composent le système. Ces derniers ont pour mission la coordination, afin d assurer la gestion des trajets des navettes. Leurs tâches principales consistent à réserver, gérer les voies et les engins nécessaires pour l accueil et le départ des navettes. 105

106 Chapitre V : ECOGRAISIM : modélisation et évaluation de la performance pour le cas du port du Havre. Figure V.12.Objets de gestion au niveau du terminal port 2000 Ci-dessous, ne sont présentés que les objets de gestion affectés au terminal multimodal. Concernant les autres terminaux, il s'agit du même comportement avec des noms adaptés aux lieux concernés : Accueil TMM : l objet «Accueil TMM» est en relation d une part avec la locomotive et d autre part avec les deux objets «Accueil Fer» et «Accueil Fluv». Sa tâche principale consiste à communiquer avec la locomotive et dispatcher les messages reçus (d une navette ou d un train de grandes lignes) avant son arrivée au TMM. Il diffuse le message à l objet qui correspond ond au type de la navette (fer et/ou fluv). Il doit également s assurer que le nombre de voies est disponible sinon il doit orienter la navette ou le train au faisceau de réception Accueil Ferroviaire : sa mission commence dès qu il reçoit le message de l objet «Accueil TMM». En effet, selon l information, il doit allouer les ressources nécessaires à l accueil de la navette ou du train afin de commencer la manutention. Ensuite une fois que la navette ou le train est sur la voie, il remplacera la locomotive par le locotracteur qui s'occupera du déplacement des coupons vides au faisceau de réception. En fin de manutention, il doit libérer les ressources et informer l objet accueil TMM. Accueil Fluvial : sa mission commence dès qu il reçoit le message de l objet «Accueil TMM». En effet, selon l information il doit allouer les ressources nécessaires à l accueil de la navette ou de la barge afin de commencer la manutention. Ensuite, une fois que la navette est sur la voie, il remplacera la locomotive par le locotracteur qui s'occupera du déplacement des coupons vides au faisceau de réception. En fin de manutention, il doit libérer les ressources et 106

107 Chapitre V : ECOGRAISIM : modélisation et évaluation de la performance pour le cas du port du Havre. informer l objet «Accueil TMM». Export TMM : l objet «ExportTMM» est en relation avec la locomotive et le responsable de la circulation ferroviaire d'une part, et d autre part, avec les deux objets «Export Fer» et «Export Fluv». Sa mission consiste à coordonner les deux objets «Export Fer» et «Export Fluv» afin de compléter la navette. Une fois que la navette est complète, la prochaine étape consiste à allouer la voie principale en contactant le responsable de la circulation ferroviaire et informer la locomotive. Export Ferroviaire : c est l objet qui s occupe de la préparation de la navette avant de contacter l objet «Export TMM». Sa mission consiste à définir le nombre de conteneurs à transférer, et ainsi allouer le nombre de ressources correspondant. Il doit également assurer la manutention et la constitution de la navette. Une fois la navette prête, il transmettra l information contenant le nombre de coupons et la destination de la navette à l objet «Export TMM».Il doit également communiquer avec l objet «Export TMM» dans le cas où il faut compléter une navette. Export Fluvial : c est l objet qui s occupe de la préparation de la navette avant de contacter l objet «Export TMM». Sa tâche consiste à déterminer le nombre de conteneurs à transférer, et ainsi allouer les ressources nécessaires. Il doit ensuite, à l aide des autres objets gérer la manutention et la constitution de la navette. Une fois la navette prête, il transmettra l information contenant le nombre de coupons et la destination de la navette à l objet «Export TMM». Il doit également communiquer avec l objet «Export TMM» dans le cas où il faut compléter une navette Diagrammes de séquence Les diagrammes de cas d'utilisation modélisent à QUOI sert le système, en définissant les interactions possibles avec les acteurs. Les diagrammes de classes permettent de spécifier la structure et les liens entre les objets dont le système est composé : ils spécifient QUI sera à l'œuvre dans le système pour réaliser les fonctionnalités décrites par les diagrammes de cas d'utilisation. Les diagrammes de séquences permettent de décrire COMMENT les éléments du système interagissent entre eux et avec les acteurs. Nous avons élaboré une cinquantaine de diagrammes de séquence. Le diagramme présenté dans la figure V.13 montre le séquencement de tâches pour assurer le transfert de la navette en import décrit précédemment. Dans ce diagramme, la navette part du terminal maritime Port 2000 «TDF» vers le terminal multimodal. 107

108 Chapitre V : ECOGRAISIM : modélisation et évaluation de la performance pour le cas du port du Havre. En premier, l objet «Import TDF», selon le nombre de conteneurs à transférer, fait référence au diagramme de séquence «rapprocher ressources» ensuite «charger les conteneurs». Une fois que la navette est prête, l objet «Import PORT 2000» doit s assurer que la navette part complète, pour ceci il contacte les objets des terminaux voisins. Ensuite, la navette est complétée, la tâche suivante consiste à allouer la voie de circulation et l objet «Accueil TMM» aura l information concernant la destination de la navette et le nombre de wagons. L objet «Accueil TMM» à son tour, envoie l information à l objet «Accueil Fer» et/ou à l objet «Accueil Fluv», selon la destination de la navette. Enfin, la dernière étape consiste à rapprocher les ressources et démarrer la manutention. Pour le cas du terminal Atlantique, il s agit du même principe. L objet «Import Atlantique», selon le nombre de conteneurs à transférer, fait référence au diagramme de séquence «rapprocher ressources» puis «charger les conteneurs». Une fois que la navette est prête, l objet «Import Terminaux Nord» doit s'assurer que la navette part complète, pour ceci, il contacte l objet du terminal voisin. L objet «Accueil TMM» aura l information concernant la destination de la navette et le nombre de wagons. Il est chargé à son tour, d'envoyer cette information à l objet «Accueil Fer» et/ou à l objet «Accueil Fluv». Enfin, la dernière étape consiste à rapprocher les ressources pour manutentionner la navette. 108

109 Chapitre V : ECOGRAISIM : modélisation et évaluation de la performance pour le cas du port du Havre. Figure V.13. Diagramme de séquence «Mission import de TDF vers le terminal multimodal» 4. CONTRIBUTION À L AMÉLIORATION DE L'ÉVALUATION DE LA PERFORMANCE En élaborant et en analysant les diagrammes de séquence, nous avons constaté qu ils représentent les contraintes à respecter avant d'agir sur le système en utilisant une variable de décision (variable d'action), chose qui est absente dans ECOGRAI. L utilisation de la méthode ECOGRAI permet d avoir une vue globale du fonctionnement du système, tout en identifiant les fonctions clés, ainsi que l ensemble des indicateurs de performance liés à 109

110 Chapitre V : ECOGRAISIM : modélisation et évaluation de la performance pour le cas du port du Havre. chacune d elles [Vincent, 2005]. Elle offre une démarche logique de modélisation par approche «descendante», permettant la définition des objectifs stratégiques en objectifs opérationnels. Toutefois, elle ne permet pas de suivre efficacement l évaluation de la performance en utilisant les variables d action. La méthode ECOGRAI permet d identifier les variables de décision (d'action) et de vérifier leurs cohérences mais ne permet pas de déterminer les origines d une déficience [Michel, 2009]. Par exemple, la variable d action «Maximiser le remplissage des navettes en desservant les terminaux voisins» qui consiste à desservir les terminaux voisins, est utile dans certains modes de transfert. Sa mise en œuvre, nécessite plusieurs vérifications et manœuvres : car une navette ferroviaire n est pas autorisée à accéder à un terminal si elle transporte des conteneurs destinés à un terminal voisin. Ces contraintes sont exprimées dans les diagrammes de séquence. Ceci permet de considérer le diagramme de séquence comme un support d aide afin de vérifier le respect de contraintes avant d exécuter les variables d action. Nous proposons donc d ajouter à la phase des variables d action, une étape permettant d utiliser les diagrammes de séquence pour fournir un support efficace lors de la modification du système. 5. CONCLUSION La méthode ECOGRAI permet d analyser la cohérence du système dans son ensemble grâce à ses différentes étapes. Elle consiste à établir un lien entre les éléments du triplet «objectif variable de décision indicateur de performance». En s appuyant sur les limites de la méthode ECOGRAI, il s'avère qu'elle ne permet pas : d exprimer les relations entre les actions à effectuer alors qu elles concernent la même organisation et donc elles sont dépendantes ; de répondre à la question comment utiliser les variables de décision, comment piloter et quelles sont les conditions à vérifier avant d effectuer une telle modification sur le système? Donc, la méthode ECOGRAI n offre pas une étape permettant jusqu au bout et de définir des actions performantes. de guider le décideur Afin de répondre à ces limites et améliorer la démarche ECOGRAI, nous avons proposé notre démarche dénommée ECOGRAISIM. Elle s appuie sur la simulation des processus et son objectif consiste à la modélisation et à l'évaluation de la performance de la chaîne portuaire. En effet, elle consiste à appliquer les quatre premières étapes de la méthode 110

111 Chapitre V : ECOGRAISIM : modélisation et évaluation de la performance pour le cas du port du Havre. ECOGRAI afin de déterminer les indicateurs de performance et ensuite utiliser la simulation pour calculer et mesurer les indicateurs de performance obtenus. Après avoir défini les indicateurs de performance, le comportement général du système a été décrit sous forme de diagrammes de cas d'utilisation, de classe et de séquence avec, pour chacun d entre eux, leurs interrelations, leurs attributs et leurs règles de gestion. Dans le chapitre suivant nous nous intéressons à ces indicateurs de performance. Nous utilisons la simulation pour proposer plusieurs modes de transfert de conteneurs entre les terminaux du port du Havre et évaluer leurs performances. 111

112 CHAPITRE VI : SIMULATION DE TRANSFERT FERROVIAIRE DE CONTENEURS

113 Chapitre VI : Simulation de transfert ferroviaire de conteneurs et résultats numériques. Sommaire 1. INTRODUCTION PÉRIMÈTRE DE L'ÉTUDE ET ENJEUX DÉVELOPPEMENT DU SYSTÈME DE SIMULATION Présentation de FLEXSIM Présentation de la bibliothèque Rail API Implémentation SCÉNARIOS DE SIMULATION Modes de transfert Massifié/Planifié Mode de transfert Optimisé Résultats numériques du mode optimisé MODE OPTIMISÉ : PRISE EN COMPTE DE TOUS LES TERMINAUX VALIDATION DU MODÈLE CONCLUSION

114 Chapitre VI : Simulation de transfert ferroviaire de conteneurs et résultats numériques. 1. INTRODUCTION La performance de la chaîne logistique portuaire dépend de la pertinence des décisions stratégiques, tactiques et opérationnelles [Steenken et al, 2004 ; Kim, 2008 ; Henesey, 2006]. Nos recherches portent sur l'évaluation de la performance de différents modes de transfert ferroviaire de conteneurs entre les terminaux du port du Havre afin d augmenter la fluidité des conteneurs en réduisant les coûts et les émissions de CO 2. Typiquement, nous nous intéressons à la performance de la massification du transport des conteneurs via le terminal multimodal du Havre. L objectif du terminal multimodal est d augmenter la part modale des transports massifiés qui est très en retrait en France par rapport aux ports concurrents du nord de l Europe. La multimodalité permet d'offrir une compétitivité accrue ainsi qu'un plus grand respect de l'environnement par l'utilisation moindre du mode routier. En effet, d un point de vue écologique, l objectif est la diminution du trafic routier en utilisant plus le transport ferroviaire et fluvial. Le transfert de conteneurs entre les terminaux maritimes et le terminal multimodal du Havre, facteur clé de la compétitivité du port, est assuré par des navettes ferroviaires. Par ailleurs, pour assurer une meilleure fluidité de trafic de conteneurs il faut savoir adapter le flux aux moyens existants. Notre but est d obtenir un processus d exploitation performant du terminal multimodal au regard des indicateurs de performance définis dans le chapitre précédent à savoir le taux d occupation des ressources, le taux de service en fonction du nombre de conteneurs livrés à temps et le nombre de mouvements improductifs. La mesure des indicateurs de performance ainsi que l évaluation de la performance sont réalisées par simulation des différents modes de transfert. 2. PÉRIMÈTRE DE L'ÉTUDE ET ENJEUX Le terminal multimodal est conçu pour accueillir des conteneurs par navettes ferroviaires depuis différents sites d expédition de fret tels que les terminaux maritimes, les zones industrielles et logistiques. Il comprend des espaces et des moyens de manutention pour effectuer le transfert des conteneurs sur les barges et sur les trains de grandes lignes et éventuellement un stockage provisoire. Le périmètre d étude comprend le Terminal Atlantique, le Terminal De France (TDF), le Terminal de la Porte Océane (TPO) et les Terminaux de Normandie de Mediterranean Shipping Company (TNMSC). Ces terminaux sont reliés via une liaison ferroviaire au terminal multimodal (Figure VI.1). 114

115 Chapitre VI : Simulation de transfert ferroviaire de conteneurs et résultats numériques. Figure VI.1. Plan du port du Havre En import, les conteneurs sont reçus au niveau d un terminal maritime et sont ensuite récupérés depuis la zone de stockage. Pour assurer le transfert vers le terminal multimodal, il faut positionner une navette, charger les conteneurs, atteler une locomotive et ensuite faire partir la navette. A l arrivée au terminal multimodal, la navette sera guidée selon sa destination : plateforme ferroviaire, plateforme fluviale ou les deux plateformes et la disponibilité des voies (sinon elle doit attendre au niveau du faisceau de réception). La navette doit attendre sur la voie s il n y a pas de grue disponible. En export, les conteneurs seront reçus au niveau du terminal Multimodal et transférés à un terminal maritime suivant les étapes citées en import. La figure VI.2 présente les différentes étapes liées à une opération de transfert depuis un terminal maritime jusqu au terminal multimodal. Les processus de manutention et de transfert de conteneurs par navettes ferroviaires ont été modélisés en UML (voir le chapitre précédent). La modélisation concerne les processus de composition des navettes qui assurent le transfert de conteneurs entre les terminaux, les processus des manœuvres ferroviaires pour le déplacement des navettes et les processus de chargement et de déchargement des unités de transport (Barges, Trains de grandes lignes, Navettes ferroviaires). 115

116 Chapitre VI : Simulation de transfert ferroviaire de conteneurs et résultats numériques. Manutention de la navette à un terminal maritime Attente sur la voie Voie principale dispo? non oui Déplacement de la navette du terminal maritime au terminal multimodal Destination? Fluviale Ferroviaire Ferroviaire et fluviale Voie dispo? Attente au faisceau de réception oui non Grue dispo? Attente sur la voie non oui Manutention FIN Figure VI.2. Processus de transfert de conteneurs 116

117 Chapitre VI : Simulation de transfert ferroviaire de conteneurs et résultats numériques. 3. DÉVELOPPEMENT DU SYSTÈME DE SIMULATION Pour développer un système de simulation, dans le marché, plusieurs outils de simulation sont disponibles. Le tableleau VI.1 montre une comparaison entre les différents logiciels souvent utilisés [Sun et al, 2011]. Outils de simulation de flux Caractéristiques Anylogic Interface graphique : 2D + 3D Langage de programmation : Java Arena Interface graphique : 2D + 3D, Langage de programmation : Visual Basic échange de données avec Microsoft EXCEL Automod Interface graphique : 2D + 3D Langage de programmation : Automod Plant simulation Interface graphique : 2D + 3D Langage de programmation : Simtalk ExtendSim Interface graphique : 2D + 3D Langage de programmation: Modl Flexsim Interface graphique : 2D + 3D, Langage de programmation : C++ Librairie Flexsim CT «Pour les Terminaux à Conteneurs» ProModel Interface graphique : 2D + 3D Langage de programmation : ProModel Witness Interface graphique : 2D + 3D Langage de programmation : Witness DelmiaQuest Interface graphique : 2D + 3D Langage de programmation : C++ Tableau VI.1. Outils de simulation (Source [Sun et al, 2011]) Pour réaliser notre modèle de simulation à événements discrets, nous avons utilisé le logiciel FLEXSIM et plus particulièrement FLEXSIM CT (Container Terminal) conçu spécialement pour modéliser et simuler l évolution du flux physique à l intérieur d un port Présentation de FLEXSIM FLEXSIM Software Products a été fondé par Bill Nordgren, Roger Hullinger et Cliff King en 1993 sous le nom de F&H simulations. En 2000, le nom de la société change pour devenir FLEXSIM. 117

118 Chapitre VI : Simulation de transfert ferroviaire de conteneurs et résultats numériques. FLEXSIM offre de grandes possibilités de réutilisation de développement et la présentation en mode 3D. Il s agit d un outil orienté objet conçu pour la modélisation et la simulation des flux des conteneurs dans les terminaux portuaires et des processus de passages portuaires grâce à sa bibliothèque CT (Container Terminal). La programmation se fait en C++ ou en Flescript. Chaque objet de FLEXSIM a sa propre interface utilisateur graphique (GUI) à travers laquelle sa modélisation est effectuée. Toutefois, FLEXSIM CT ne permet pas la réalisation des voies ferrées. En effet, il traite seulement les opérations au sein du terminal maritime et il ne permet pas la création des chemins de fer. Nous avons utilisé une bibliothèque développée spécialement pour le transport ferroviaire Présentation de la bibliothèque Rail API La Rail API, développée par Anthony Johnson en 2008, permet d implémenter les mouvements articulés pour les wagons. La bibliothèque est surtout un ensemble de commandes qui donne la possibilité de créer des trains et de les déplacer à travers les chemins d un réseau ferré. L API permet la gestion du trafic ferroviaire et le contrôle du déplacement des navettes. Voici les principales fonctions de cette API que nous avons utilisées : Creatrailsequence ( ) : permet de créer et de renvoyer une référence à une séquence de rail. Une séquence de rail est un ensemble d opérations : se déplacer / envoyer un message / retarder / attendre. Ces opérations sont effectuées sur un ensemble d'objets (travelers). Ainsi, une séquence de rail permet le déplacement d un ensemble de wagons sur un réseau ferroviaire d un point A vers un point B. Creatrailpath ( ) : pour la création des chemins de fer. Addrailmove ( ) : pour le déplacement d une navette depuis un nœud du réseau vers un autre, elle doit être paramétrée par la vitesse, l accélération, la décélération, le point de départ et le point d arrêt. Addrailmessage ( ) : pour l échange de messages entre les objets. Par exemple, à l arrivée d une navette sur un lieu de manutention, l objet engin de manutention reçoit un message pour commencer la manutention et à la fin il renvoie un message pour libérer les autres ressources impliquées et prendre la tâche suivante. Les différentes fonctions de la RailAPI permettent d'ajouter des actions à une séquence créée par la fonction createrailsequence à savoir : les mouvements, les délais d'attente, les 118

119 Chapitre VI : Simulation de transfert ferroviaire de conteneurs et résultats numériques. pauses et les envois de messages par l'intermédiaire des fonctions addrailmove, addraildelay, addrailwait et addrailsendmessage, etc Implémentation Dans le logiciel FLEXSIM, nous retrouvons les objets décrits dans la modélisation UML sur laquelle nous nous sommes appuyés pour implémenter les ressources de notre modèle (Figure VI.3) : Les zones de stockage (Yard) : bien que FLEXSIM CT ne permet pas d insérer l objet yard sans la planification de l arrivée/départ d un bateau ou d un camion, nous avons modélisé une zone de stockage par un rack horizontal. Les portiques de stockages des conteneurs (Gantry Crane) : comme l objet «Gantry Crane» ne fonctionne qu avec un yard, nous avons utilisé l objet grue (crane) qui fonctionne comme un portique. Un conteneur : en utilisant l objet «Basic TE». Des wagons et des rails: en utilisant la librairie API Rail. FLEXSIM dispose aussi de la présence de "triggers" sur certains objets, déclencheurs réagissant aux différents événements survenant sur l'objet concerné. Le modèle, lui aussi, dispose de déclencheurs spécifiques. Ces déclencheurs contiennent du code écrit en langage Flexscript. Nous avons implémenté les objets de gestion décrits dans le chapitre précédent. Ils ont pour mission la gestion des différentes tâches comme la manutention, la gestion des voies ou celle des déplacements des navettes. L'utilisation du principe des objets de coordination a aussi été motivée par le fait que FLEXSIM se base principalement sur l'envoi de messages ; cela permet de pouvoir établir une communication entre les différents objets rendant plus facile la coordination des différentes actions. 119

120 Chapitre VI : Simulation de transfert ferroviaire de conteneurs et résultats numériques. Schéma explicatif Bibliothèque Flexsim Bibliothèque Flexsim CT Pour créer les chemins de transport Grue Zone de stockage Conteneurs Coupon Figure VI.3. Schéma explicatif 120

121 Chapitre VI : Simulation de transfert ferroviaire de conteneurs et résultats numériques. Le modèle de simulation réalisé (Figure VI.4) contient le terminal multimodal et l'ensemble de terminaux maritimes concernés. En effet, le terminal multimodal est composé d un faisceau de réception, d une cour ferroviaire pour manutentionner les trains de grandes lignes, d une cour fluviale pour manutentionner les barges et de voies de liaisons sur lesquelles circule un locotracteur. Figure VI.4.Captures d écran de notre simulation 121

122 Chapitre VI : Simulation de transfert ferroviaire de conteneurs et résultats numériques. a. Faisceau de réception Il est entièrement électrifié. Ainsi, les trains de grandes lignes peuvent s y rendre directement. La locomotive est dételée pour se rendre à une voie garage. Un locotracteur attèle les wagons et les transfère à la cour ferroviaire. En sens inverse, une fois que le train est rechargé, la locomotive de ligne arrive directement sur la cour ferroviaire dont la tête de faisceau est électrifiée, s attèle aux wagons et le train peut repartir directement sans passer par le faisceau de réception. Si les navettes ne peuvent pas se rendre directement sur la cour ferroviaire ou sur la cour fluviale, elles s arrêtent sur le faisceau de réception. Les rames (une rame est un ensemble de coupons sans une locomotive) sont alors redistribuées sur la cour ferroviaire et fluviale par le locotracteur. En sens inverse le principe est le même. b. Cour ferroviaire La cour ferroviaire est composée de 8 voies en parallèle. Elle est équipée de deux portiques ferroviaires pour manutentionner les conteneurs des trains vers les navettes et viceversa. La répartition des trains et des navettes sur la cour ferroviaire est paramétrable. Pour mieux gérer les trains de lignes arrivant au multimodal, une priorité est affectée à chaque train en tenant compte des délais de livraison impartis aux conteneurs qu ils transportent. c. Cour fluviale Quatre voies sont utilisées sous le portique pour le déchargement et le chargement des conteneurs import export des navettes. d. Terminaux maritimes à conteneurs Les terminaux maritimes implémentés sont : Terminal Atlantique, Terminal De France (TDF), Terminal de la Porte Océane (TPO) et Terminaux de Normandie de Mediterranean Shipping Company (TNMSC). Dans le cadre des deux projets ESSIMAS, DCAS, la simulation se limite aux buffers des terminaux maritimes. 4. SCÉNARIOS DE SIMULATION Dans [Benghalia et al, 2013], les indicateurs de performance sont déterminés en se basant sur la démarche ECOGRAISIM dont l intérêt de cette démarche est d avoir les variables d'action liées à la fois à ces indicateurs et aux objectifs. Il s'agit donc d'évaluer les indicateurs de performance déterminés et de tester plusieurs modes de transfert interne des conteneurs. Nous avons ensuite mené une étude [Benghalia et al., 2014] pour comparer via la simulation deux modes d exploitation : mode planifié et mode massifié. Le but principal de 122

123 Chapitre VI : Simulation de transfert ferroviaire de conteneurs et résultats numériques. cette première simulation est de gérer le flux de conteneurs transférés entre le terminal multimodal et le terminal maritime Atlantique en respectant les dates de livraison et en minimisant les coûts des ressources utilisées Modes de transfert Massifié/Planifié L'objectif consiste à simuler le transfert ferroviaire de conteneurs entre le terminal multimodal et le terminal maritime Atlantique afin de comparer deux scénarios de transfert en import et en export. Il ne s agit pas de dimensionnement de ressources sachant que le nombre de ressources est fixé. En import, les conteneurs sont reçus au niveau du terminal maritime Atlantique. Notre objectif est de les récupérer depuis la zone de stockage, positionner la navette et manutentionner les conteneurs, atteler une locomotive et ensuite lancer le transfert de la navette vers le terminal multimodal, et décharger les conteneurs une fois au multimodal. En fin de trajet, la locomotive doit être libérée pour exécuter d autres tâches. En export, les mêmes tâches citées en import se répètent, les conteneurs seront reçus au niveau du terminal multimodal et doivent être transférés au terminal maritime afin de les livrer à leurs destinations finales. Nous considérons deux scénarios : Scénario 1 : appelé mode planifié, il consiste à respecter les dates de livraison des conteneurs; en effet, notre système lance la manutention des conteneurs qui ont la même heure de départ. Scénario 2 : consiste à appliquer le principe du mode massifié : la navette ne partira pas si le taux de remplissage fixé n est pas atteint. En respectant les contraintes de temps et le nombre de ressources imposées, il s'agit d effectuer une étude comparative de ces deux modes d exploitation par rapport à la minimisation des retards, la réduction des coûts et des émissions de CO 2. Il s agit également de la minimisation de l écart entre la date de livraison prévue et la date de livraison au plus tard. L étude a été menée en respectant les règles de gestion suivantes : - Il n y a qu une seule destination possible au terminal multimodal (on ne prend pas en compte le fait qu il y ait un faisceau de réception, une cour ferroviaire et une cour fluviale). - Il n y a qu un seul buffer (zone de stockage) sur chaque terminal 123

124 Chapitre VI : Simulation de transfert ferroviaire de conteneurs et résultats numériques. - Le transfert des conteneurs peut être assimilé à une succession d opérations de «production» nécessitant un certain temps et un certain nombre de ressources. Après l insertion et le paramétrage du plan du port du Havre et des différents objets ainsi que la création des deux lignes ferroviaires entre le terminal multimodal et le terminal maritime Atlantique, un fichier Excel alimente le modèle avec les données (numéros de conteneurs, types de conteneurs et heures de disponibilité). Nous avons utilisé trois locomotives. Le trajet entre les deux terminaux dure 60 minutes, le temps de manœuvre est de 30 minutes pour une rame de 25 wagons, le temps de manutention est de 3 minutes par conteneur et le taux de remplissage nécessaire pour le départ d une navette est fixé à 80%. La simulation des deux scénarios planifié et massifié, concerne une journée type. Les indicateurs de performance à analyser sont le taux d occupation des ressources, le taux de déplacements improductifs, le nombre de conteneurs transférés en retard et le nombre de conteneurs livrés. Objet Classe Déplacements chargé Déplacements à vide Crane 1 Crane 5.42 % 5.70 % Crane 2 Crane 6.66 % 7.34 % Tableau VI.2. Rapport d'état pour le mode planifié Le tableau VI.2 montre le pourcentage d utilisation et le pourcentage d inoccupation ou de blocage des grues de quai. Ainsi, nous pouvons mesurer les indicateurs de performance «taux de déplacements improductifs» et «taux d'occupation». L indicateur de performance «taux d occupation des engins de manutention» représenté dans le tableau, montre que les grues sont utilisées entre 11% et 14%. La grue «crane1» du terminal multimodal est utilisée à 11.12% dont 5.70% de déplacement vide (sans conteneur) et 5.42% de déplacement chargé. Au niveau du terminal maritime Atlantique, la grue «crane2» est utilisée à 14% dont 7.34% à vide et 6.66% chargé. Durant la simulation, nous avons constaté qu une locomotive a effectué un trajet sans wagons depuis le terminal multimodal vers le terminal Atlantique. Ce qui montre que le taux d occupation des ressources n est pas maximisé et ceci présente un inconvénient majeur du mode planifié. 124

125 Chapitre VI : Simulation de transfert ferroviaire de conteneurs et résultats numériques. Figure VI.5.Taux d occupation des engins de manutention (mode planifié) Le principe du mode massifié est de respecter le taux de remplissage des navettes. La navette ne part pas avant d atteindre 80% de remplissage. Ceci permet de maximiser le taux d utilisation des ressources et plus précisément de maximiser le taux d utilisation des locomotives qui sont les plus coûteuses. Nous constatons qu il y a une diminution au niveau du taux d occupation des grues. En effet, le taux d occupation varie entre 9% et 11%. La grue «crane1» du terminal multimodal est utilisée à 9.46% dont 4.79% de déplacement vide (sans conteneurs) et 4.67% de déplacement chargé. Alors que la grue «crane2» du terminal maritime Atlantique est utilisée à 10.94% dont 5.58% à vide et 5.36% chargé (Tableau VI.3), (Figure VI.6). 125

126 Chapitre VI : Simulation de transfert ferroviaire de conteneurs et résultats numériques. Figure VI.6. Taux d occupation des engins de manutention (mode massifié) Objet Classe Déplacements chargé Déplacements à vide Crane 1 Crane 4.67 % 4.79 % Crane 2 Crane 5.36 % 5.58 % Tableau VI.3. Rapport d'état pour le mode massifié Pour les deux modes d exploitation massifié et planifié, le nombre de conteneurs à transférer depuis le terminal Multimodal vers le terminal Atlantique et vice versa est égale au nombre transféré en fin de simulation, c est à dire 165 conteneurs. En mode planifié, la dernière navette est arrivée sans retard. Ceci permet d assurer que tous les conteneurs sont transférés et à l heure. L avantage de ce mode d exploitation concerne l indicateur de performance «nombre de conteneurs transférés en retard». Il permet d assurer zéro conteneur transféré en retard en fin de journée. En mode massifié, il y a des conteneurs qui sont livrés en 126

127 Chapitre VI : Simulation de transfert ferroviaire de conteneurs et résultats numériques. fin de journée (dernière navette) alors qu il fallait les livrer à 15h. Ce retard est dû au taux de remplissage. En comparant les deux modes d exploitation massifié et planifié, nous avons déduit qu en mode planifié, le taux d occupation des engins de manutention est meilleur tandis que le taux d occupation des locomotives est meilleur dans le mode massifié. Il faut savoir que le taux d occupation des ressources a un effet direct sur la minimisation des coûts et l optimisation du temps de travail. Réduire le pourcentage de CO 2 implique forcément la minimisation du nombre de trajets, des mouvements improductifs et la maximisation du taux d occupation. Concernant le taux de service du mode planifié (nombre de conteneurs livrés à temps/nombre de conteneurs livrés), il est meilleur par rapport à celui du mode massifié. Par contre, le fait de ne pas partir avant d atteindre 80% de remplissage génère un retard considérable en fin de journée. La simulation des deux modes massifié et planifié a montré que le mode planifié permet d avoir un meilleur taux de service. Le mode planifié est également meilleur pour la réduction des émissions de CO 2. Le mode massifié est meilleur économiquement car il permet de transférer les conteneurs en utilisant moins de ressources (locomotives) qui sont très coûteuses Mode de transfert Optimisé La force de la simulation est sa capacité à décrire un système dans sa globalité en intégrant l aspect stochastique [Bielli et al., 2006]. Néanmoins, les valeurs optimales de ses variables de décision sont difficiles à déterminer. [Better et Glover, 2008] ont couplé l'optimisation et la simulation afin de gérer les risques et les incertitudes. Dans [Almeder et al., 2009], le couplage de l optimisation et la simulation vise à déterminer les variables de décision de la simulation en utilisant l optimisation. Les résultats de la simulation alimentent l optimisation qui en retour détermine les variables de décision de la simulation et ainsi de suite. Nous avons aussi fixé les variables de décision de la simulation via l optimisation. Plusieurs motivations nous amènent à faire la combinaison optimisation/simulation. La première est de tester la robustesse des solutions trouvées par l optimisation qui génère une bonne solution à partir de données statiques. Cependant, un certain nombre de paramètres aléatoires intervient dans le réel et ces aléas peuvent dégrader une solution. Les paramètres aléatoires sont par exemple le nombre de conteneurs à livrer ou à collecter, les temps de séjour des conteneurs dans le terminal, etc. La simulation vise donc dans un premier temps à 127

128 Chapitre VI : Simulation de transfert ferroviaire de conteneurs et résultats numériques. tester la robustesse d'une solution trouvée par les algorithmes d'optimisation dans un environnement aléatoire. La deuxième motivation est de fournir un outil d'aide à la décision permettant de tester plusieurs planifications possibles. Ainsi, suite à une simulation, il est possible d'apercevoir des défauts d'une configuration et d'en déduire des corrections sur certains choix stratégiques. Suite à ces corrections, de nouvelles simulations peuvent être lancées jusqu'à l'obtention de la bonne configuration. Nous proposons donc un système (Figure VI.7) composé de deux modules: un module d'optimisation capable de fournir une bonne solution de planification des transferts des conteneurs et un module de simulation capable d'évaluer cette planification. Variables de décision Indicateurs de performance Coût des wagons et locomotive Nombre de trajets Taux d occupation des ressources Nombre de conteneurs Nombre de trajets max Optimisation Nombre de navettes Nombre de wagons Simulation Taux de déplacements improductifs Nombre de conteneurs transférés en retard Nombre d heures de travail Figure VI.7. Couplage optimisation/simulation Notre objectif est d étendre nos travaux précédents [Benghalia et al., 2014a] afin de proposer un nouveau mode de transfert optimisé de conteneurs. Il s agit de simuler le transfert ferroviaire de conteneurs en utilisant des variables de décision fixées par l'optimisation et les différents choix fonctionnels (nombre de locomotives, nombre de wagons, ordonnancement de trajets). Cette simulation permet de calculer les indicateurs de performance (taux d occupation des ressources, taux de déplacements improductifs, nombre de conteneurs transférés en retard, nombre de conteneurs livrés) qui ont été déterminés dans [Benghalia et al., 2013]. Le but principal de notre étude est de déterminer la stratégie la moins coûteuse pour le transfert d un ensemble de conteneurs entre deux terminaux à conteneurs. La minimisation du coût concernera, en l occurrence, la minimisation du nombre de wagons des navettes assurant le transfert d une part et la minimisation du nombre d aller-retour pour la locomotive d autre part. Nous avons réalisé un premier modèle de simulation FLEXSIM [Benghalia et al., 2014a] afin de comparer les deux modes d exploitation : mode planifié et mode massifié. Les deux modes simulés (massifié/ planifié) nécessitent l utilisation de plusieurs ressources, entre autre, trois locomotives qui sont très coûteuses. Pour pallier à cet 128

129 Chapitre VI : Simulation de transfert ferroviaire de conteneurs et résultats numériques. inconvénient, nous avons adopté une stratégie d exploitation optimisée [Benghalia et al, 2014b]. Plus précisément, pour que la manutention des navettes s'effectue sans mobiliser les locomotives, nous préparons des navettes manutentionnées sur chaque terminal. Les locomotives font le transfert ininterrompu entre le terminal multimodal et les terminaux maritimes sous forme d un schéma de circulation en noria i.e. lorsque la locomotive arrive au terminal maritime (resp. au terminal Multimodal), elle laisse sa navette et elle prend la navette déjà manutentionnée. (Figure VI.8). Figure VI.8. Schéma de circulation en Noria La simulation est alimentée par des données issues d un fichier Excel qui contient pour chaque conteneur : l heure de disponibilité, l identifiant, son type, son terminal de départ et son terminal d arrivée. Le but de notre premier modèle de simulation était de transférer les conteneurs depuis le terminal multimodal vers le terminal Atlantique (export) et vice-versa (import) en testant plusieurs scénarios (mode massifié et mode planifié). Les variables de décision, le nombre de locomotives, le nombre de wagons et le nombre de trajets, ont été grossièrement fixées par estimation. Pour pallier à cet inconvénient, nous avons opté pour l optimisation afin de fixer d une manière optimale ces variables. 129